CO2 в аквариуме

Многие, наверное, хотели иметь дома аквариум с растениями или рыбами, но не все понимают, что к его выбору нужно подходить с особой тщательностью. Одна из самых главных проблем — это подача CO2 (углекислый газ). Ведь растения на 40−50% состоят из него.

Краткое резюме о CO2:

Подача CO2 сильно усиливает рост растений. Оптимальная концентрация CO2 должна составлять 15−30 мг\л для аквариума с растениями и не более 30 мг\л с рыбами.
Кислород не вытесняется из воды углекислым газом.
Среднее значение подачи CO2 рассчитывается по формуле: при kHmin=4 градуса подача должна быть один пузырек в минуту на десять литров живого объема аквариума.
Уровень кислотности (pH) должен быть 6,8−7,2 и за этим нужно внимательно следить, т.к. нитраты и CO2 понижает уровень pH, плюс он может изменятся сам в течении дня. Утром понижается и вечером повышается.

Для получения оптимального уровня pH нужно, чтобы мера щелочности (kH) воды не превышала 6 ед. Чтобы избежать критического падения pH, минимальный безопасный уровень kHmin.=4.

Концентрацию CO2 можно вычислить с фомощью формулы, но для начала нужно измерить pH и kH. CO2=3,0хkHх10^(7,00-pH). Получить CO2 можно из баллона или методом брожения.

Растениям также нужен свет, но не забывайте, что интенсивность освещения и подача CO2 должны быть прямопропорциональными.
Основным строительным для клеток растений выступает углерод (СO2), поэтому подача СО2 просто необходима для эффективного и быстрого роста растений. В обычных условиях растения будут расти очень медленно или даже погибать, но подача СО2 ускорит темпы роста в 4−6 раз! Вы приятно удивлены результатами при подаче СО2 (углекислого газа) в аквариум, только не забывайте о правильном балансе со светом и жидкими удобрениями. Без углекислого газа вам останется только наблюдать за тем, как ваши растения будут гибнуть. Но все же СО2 это не единственное, что нужно растениям для роста, поэтому сразу после неожиданного быстрого роста, растения почувствуют нехватку в питательных веществах. Железо, магний, калий и другие микроэлементы очень быстро усваиваются растениями и в очень больших количествах, поэтому подачу углекислого газа (СО2) стоит в обязательном порядке скоординировать с подачей жидких удобрений.

Что нужно растениям для хорошего роста.
Во-первых, хороший грунт с нужными для растения свойствами.
Во-вторых, постоянная подача углекислого газа (CO2).
В-третьих, у растения должна быть постоянная подача питательных веществ.
В-четвертых, достаточное количество света и правильный состав спектра.

Для чего растениям CO2?

Все кто хочет иметь аквариум должны уяснить — все растения состоят из С (углерод) и без него они не выживут. Растения питаются, осуществляя фотосинтез. Этот процесс не возможен без кислорода, углерода, света и тд… Каждый из ингредиентов должен поступать в определенном количестве и продолжительности иначе фотосинтез не будет происходить.

Было проведено много исследований, которые показали, что при определенном количестве света, CO2 и питательных веществ, они являются основным фактором роста. Одно из таких исследований было проведено в компании Tropica, где выращивали риччию в течении двух недель. Исследование показало следующие результаты:
Если подавать мало CO2 и света, то в 4 раза увеличивается рост растения.
Без подачи CO2 и малом количестве света рост падает до нуля.
Мало CO2 и большое количество света в 6 раз увеличивает рост растения.
Много CO2 и много света из 1 грамма вырастает 6,9 грамм.

Вывод: Если мы хотим хороший результат, то не стоит увеличивать количество, лишь одного «ингредиента » (CO@ или свет) — это особого эффекта не даст, но при равном увеличении результат поразит вас! Если же вы будите делать как многие неопытные аквариумисты, например, держать аквариум в темноте без подачи CO2? То энергии у растения хватит только на временное поддержание жизни.

Для чего нужно соблюдать правила?

Вам не придется долго ждать. Чтобы композиция приобрела нужный вид. Всего 1,5−3 месяца.
Вы можете чаще подрезать растения, детальнее редактировать композицию, делать её такой как вы захотите.
Молодые листья выглядят лучше, а значит и композиция будет лучше.
Если вы хотите стремиться к работам Takashi Amano, то быстрый рост растений просто необходим.

К 4-х кратному ускорению роста растения может привести даже небольшие дозы углекислого газа, и даже в малоосвещенных помещениях. Это происходит потому, что без каких либо вредоносных последствий, растение начинает производить на порядок больше хлорофилла, но при этом не рушит энергетический баланс. Таким образом, для извлечения углекислого газа (СО2) из воды, растение начинает тратить меньше энергии, собственно больше энергии растение затрачивает на оптимальную переработку данной ему малой доле световой энергии. Вот таким вот путем мы может очень эффективно увеличить рост растения, не перенасыщая его светом, так как оно может полностью использовать даваемый ему свет. Потому, что избыток света может неблагоприятно сказать на здоровом росте растения. Но в любом случае, если правильно увеличить и подачу углекислого газа и света, это произведет гораздо лучший эффект чем улучшение чего-то одного. То как каждый фотон используется в фотосинтезе, независимо от того, под каким углом он падает на лист, вы можете посмотреть на приведенном графике. Этот график явно показывает зависимость данного процесса в использовании молекул углекислого газа от света. Итак, из всего вышеописанного мы можем сделать два вывода. Первое: очень важно балансировать подачу углекислого газа (СО2) под интенсивность освещения и наоборот. Второе: даже если вы подаете малое освещение, уровень подачи углекислого газа (СО2) рекомендуется поддерживать не менее 15мг/л. Хотя лучше всегда поддерживать уровень подачи в районе 30мг/л. Ошибка многих любителей аквариумных растений — неопытность и незнание методики обогащения растений светом и углекислым газом. Обычно в таких случаях, темпы роста растений, у таких людей, стоят на уровне желтой линии, в редких случая — на зеленой. Достигнуть синей линии, можно просто усилив интенсивность подаваемого света. Но тут есть большая опасность водорослей. Только если вы согласуете подачу углекислого газа (СО2) с интенсивностью подаваемого света, вы сможете увеличить темпы роста в разы, то есть достигнуть красной линии. Вы будете удивлены, как быстро вырастут ваши растения!

Почему CO2?

Растения могут употреблять углерод в двух видах: газообразной (CO2) и растворенный в воде — бикарбонат (HCO3-). Растения отдают своё предпочтение чистому CO2 — это связано с тем, что для фотосинтеза придется утилизировать бикарбонат, а растения это делать затруднительно. Поэтому растворенный CO2 более выгодный способ для его получения.

Какая должна быть концентрация CO2?

Думаю, все знают, что CO2 отлично растворим, будь то воздух или вода. В воде CO2 растворяется намного медленнее, чем в воздухе, но водные растения все предусмотрели! У них есть специальный слой, который ускоряет этот процесс, у наземных растений он тоже есть, но он намного тоньше чем у водных. У водных растений такой слой составляет где-то 0.5мм. Чтобы обеспечить водным растениям оптимальный фотосинтез, концентрация CO2 должна составлять 15−30 мг\л, не превышая при этом концентрацию для рыб 30мг\л. Все это нужно для создания естественной окружающей среды, создающая главные сдерживающие факторы фотосинтеза.

CO2 и Кислород.

Многие очень сильно заблуждаются, когда думают, что кислород не вытесняется из воды углекислым газом, и что кислород в больших количествах необходим для дыхания рыб. Нет! Это не так! На самом деле уровень кислорода днем поднимается до 11 мг\л, что превышает 100%. Это происходит из-за активного роста растений. Уровень падает у утру до 8,0 мг\л при условиях, что температура воды 24С. Для нормальной жизни, рыбами необходимо 5мг\л (60%) кислорода растворенного в воде.

Включать или Отключать на ночь CO2?

На этот вопрос существует два мнения. В первом случае считают, что можно обойтись без CO2. Так как к утру уровень кислорода остается высоким, а уровень кислорода остается высоким, а уровень кислотности нормальным, если аквариум не более 1200 литров и в нем не проживает много рыб, то можно обойтись без начального поступления CO2. Вторая сторона считает, что CO2 нужно начинать подавать за 1−2 часа ДО включения света. Так как утром больше всего активен процесс фотосинтез, уровень O2 намного ниже, чем обычно.

Баланс CO2 и света.

Как мы уже говорили, интенсивность света должна соответствовать интенсивности подаваемому CO2. Даже исследования Tropica подтвердили слова Takashi Amano о том если концентрация подаваемого света и CO2 не равномерна, то это принесет только вред и не капли пользы. Все говорят об этом, но не всегда нужно большое количество CO2, это мы можем увидеть из формулы фотосинтеза: 6CO2+12H2O-> C6H12 O6+ 6H2O. В этот момент растения активно выделяют кислород, но, не смотря на это, растения становятся все более слабыми. Таким образом, потребление растениями азота и фосфата уменьшается. Если в аквариуме недостаточно CO2, а света больше чем в достатке, то начнут появляться водоросли. Не стоит добавлять никаких удобрений. Это принесет ещё больше вреда. Но слишком большое количество CO2 может стать токсичным для рыб и других обитателей аквариума. Для каждого растения нужно определенное количество света, а значит и определенное количество CO2. Некоторым нужно больше света, значит больше CO2. Takashi Amano считает, что не существует простых или сложных растений, просто есть растения любящие свет и любящие тень. Подаваемое количество света и CO2 единственное их различие. Если вы хотите завести аквариум то вам стоит с самого начала рассчитать. Какое количество света и CO2 будите подавать своим растениям, чтобы в дальнейшем это не вызвало неудобств.

Сколько нужно CO2

Не думайте, что на этом все, нужно также отслеживать равновесие pH и CO2. Чтобы это все отрегулировать, нужно чтобы kH, pH и CO2 были следующих параметров: kHmin=4 градусов, pH вечером = 7,2, а утром = 6,8, при таких условиях CO2 приобретет параметры от 15−30 мг\л. Это нужно понимать всем кто хочет иметь или же имеет аквариум, и понять, что все это взаимосвязано.
Чем больше в воде гидроксидных ионов, тем меньше pH. Реакция воды может быть щелочной (pH>7.0), нейтральной(pH=7.0) и кислой(pH<7.0). kH- это мера щелочности воды, она показывает, может ли pH удерживаться на определенном уровне. Показателем буферных свойств воды. Из-за того что её показатели постоянно меняются, её назвали временной жесткостью.
Концентрация растворенного в воде CO2 в природе бывает намного ниже, чем этого нужно для подводного царства, но в пресных водоемах на оборот, по отношению к её обитателям уровень слишком высокий и постоянно возобновляется благодаря течению и выделениям отложений на дне. Если искусственно не обогащать воду CO2, то собственных запасов хватит растениям, только на поддержание жизни и естественно не о каком росте и речи быть не может. Можно вычислить темп подачи с помощью следующей формулы, главное чтобы kH=2-4 при 1 пузырьку в минуту на 10 литров воды: CO2=7-19 мг\л при pH=6,8-7,2. Если kH окажется выше нормы, то вычислять нужно по формуле: kHx V(воды) \ 30. Выше мы уже говорили о том, как правильно использовать большие концентрации. Но они рассчитаны только на подачу CO2. Не забывайте отслеживать рост растения, не совершайте глупых ошибок, и самое главное не забывайте, что растением нужно одинаковое количество света и CO2.

Как влияет CO2 на уровень кислотности(pH).

Как упомянуто выше, для роста растений нужен углерод. Также рекомендуется держать низкий уровень водородного показателя (рН). Подавая СО2 в аквариумную воду мы выполняем обе задачи. Это происходит за счет того, что при попадании СО2 в воду, начинает образовываться угольная кислота. Вода соединяется с СО2 (Н2О+СО2=Н2СО3). Получившаяся кислота диссоциирует на ионы (Н+) и бикарбонат (НСО3-) (основа КН). А при повышении концентрации катионов водорода (Н+), водородный показатель (рН) уменьшается. Таким образом, мы одновременно даем нужный для роста растений углерод, и понижаем водородный показатель на более благоприятный уровень. Но тем не менее мы повышаем уровень углекислого газа (СО2), из-за понижения водородного показателя (рН). (см. ниже в разделе «рН»).Концентрация в воде углекислого газа, а также карбонатный буфер КН, сильно влияют на значение водородного показателя (рН). Из-за этого, связь (рН<->KH<-> растворенный СО2) будет жесткой. Теперь нам нужно скоординировать подачу углекислого газа вместе с тем, какой уровень водородного показателя в аквариуме нам нужен. А водородный показатель, как раз таки определяется наличием карбонатного буфера КН. То есть единственное, что мы можем контролировать из наших 3-х показателей (рН, КН и СО2), это углекислый газ СО2, так как остальное является заданными величинами оптимальными для нормального роста растений. Таким образом, теперь мы должны подстроить подачу СО2 еще и под оптимальный уровень водородного показателя, которой должен быть равен рН=6.8−7.2, а не только под нужный уровень концентрации углекислого газа в воде. Для всего этого нам понадобится вода с жесткостью dGH=4−10, и собственно с исходным КН=2−8. Тогда оптимальная концентрация должна составлять СО2=15−30мг/л и рН=6.8−7.2.

Растениям необходимо лишь pH=6,8−7,2.

Растения хотят больше CO2.

Как уже говорилось растениям нужно очень много CO2, ведь они сами на 40−50% состоят из углерода и логично, что самым лучшим источником энергии для них будет углекислый газ. В воде он может находиться в двух видах: в виде бикарбоната (HCO3-) и углекислого газа. Диффузным путем они поглощают CO2через стенки клеток, тем самым насыщая свой растительный организм питательными веществами. Многие растения выбрали этот путь поглощения энергии, ведь так им на много проще. Так как, поглощая бикарбонат, они должны сначала поглотить HCO3− и уже только потом извлечь из него CO2 и насытиться им. Это происходит потому, что бикарбонат содержит связанный CO2. Теперь вы понимаете, почему не многие растения не выбирают второй способ поглощения CO2. Многие из них просто не способны на это и это понятно, ведь это очень сложный химический процесс.

В мягкой воде с pH меньше 7, 70% CO2 будет в доступном и усвояемом для растений виде и только 30% будет в бикарбонате. Это значит, что ниже будет показатель кислотности воды, тем больше кислорода смогут усвоить растения, так как он будет легко усвояемом растениями виде (газообразном). Поясню, это значит, что в мягкой воде с показателем kH=2−6 растения получат намного больше углерода, чем в жесткой воде.

Будет ли pH сохранять стабильность с одновременной деятельностью биологических веществ.

Поддерживание стабильного уровня водородного показателя (рН) в аквариуме.Слабые кислоты могут обладать особыми химическими свойствами, результат действий этих свойств и называется — буферизация. Диссоциирование слабых кислот в воде, формирует пары кислота-основание, которые имеют логарифмическое отношение друг к другу. При добавлении кислот и оснований в воду, водородный показатель сильно не измениться, то есть на графике отношения щелочность/кислота относительно водородного показателя, мы могли бы увидеть, что линия зависимости ниже или выше определенного значения водородного показателя (рН) будет плоской. Такое состояние водородного показателя (рН) называется «точкой равновесия», когда линия практически плоская, то есть сколько бы мы не добавляли оснований или кислот, это не будет сильно влиять на уровень водородного показателя (рН). Причем, что еще важно, точка равновесия не одна, и может варьироваться в зависимости от кислот.К примеру, точка равновесия угольной кислоты (Н2СО3), которую мы получаем при добавлении углекислого газа в воду (см. выше), составляет рН=6.37. Из-за того, что в аквариуме естественным биологическим путем производятся нитраты (NO3), которые являются кислотами, водородный уровень может понизиться, если до этого был чуть выше точки равновесия угольной кислоты. А данный уровень водородного показателя (рН=6.37) практически идеален для аквариумных растений, поэтому нам нужно стремиться сохранять именно этот уровень водородного показателя. Буферизации кислоты будет идти долго, перед тем как уровень водородного показателя приобретет желаемый результат, это происходит из-за того что начальный уровень водородного показателя будет выше точки равновесия, и нам нужно сместить его в сторону точки равновесия угольной кислоты. Это и будет для вас секретом стабильности уровня водородного показателя, (рН=6.8−7.2), как наилучший для Nature Aquarium.

Аммоний и токсичный аммиак, какое должно быть соотношение между ними.

Все мы знаем, что аммиак(NH3) один из форм аммония (NH4+) и к тому же он очень вреден для жизни, даже в малых количествах (0,06 мг\л). Соотношение аммоний \ аммиак зависит от количества pH. Если pH ниже, то соответственно в аквариуме меньше вредного аммиака. Он будет составлять около 0,5% при условии, что уровень кислотности будет равен 7, но если pH будет больше, например 7,5, то аммиак составит 4%. Что совсем не допустимо! Итак, нужно запомнить одно простое правило: если pH(уровень кислотности воды) более 7,0 , то количество аммиака увеличивается и вредит вашим растениям, рыбам. Можно гарантировать отсутствие аммиака в одном случает, если при pH= 6,8 — 7,2 в NA, тогда
Доля NH3= 0,4−0,8%. Это потому что NA поддерживает низкий уровень NH4+\ NH3(аммоний \ аммиак).

Нитрифицирующие бактерии и их активность.

Бактерии активны на 85% от максимума при уровне кислотности 6,6 . Бактерии никогда не работали, и не будут работать на максимум. При малейших изменениях они могут повысить или понизить свою деятельность. Даже если состояние воды ухудшится, они справятся с нагрузкой, немного увеличив активность своей деятельности, сохранят стабильное положение аквариума. Будет создаваться такой же запас стабильности как с точкой pH. (pH=7,5−7,8 при этом параметре наблюдается максимальная активность нитрофикации, замедляется при pH= 7,5).

И так теперь все поняли, какой должен быть показатель pH (6,8−7,2) для хорошего роста долгой жизни растений. Теперь же давайте определимся, какой должен быть показатель kH.

1. Нужно учесть, что вода при kH=2−5 уже кислая, поэтому автоматически буферизируется на pH= 6,0−7,3. Так как содержится не угольная кислота (H2CO3), а углекислый газ причем в больших количествах. Чтобы избежать падение pH ниже чем вообще возможно, нужно чтобы минимальный уровень жесткости составлял минимум=4,0 при одновременной подаче CO2.

Почему нужно именно этот уровень и почему нельзя больше? Да потому что, если вода будет слишком жесткая, то есть kH>7,0 то и pH будет равняться = 7,8 и тогда придется превысить допустимую для рыб норму подачи CO2. А она должна составлять не более 30 мг\л. И тогда уже не будет никаких и способов и возможностей снизить хоть немного уровень кислотности в воде. Но и занижать уровень жесткости тоже нельзя, я напоминаю, что не ниже двух. Тогда придется увеличить подачу CO2 или придется повысить количество нитратов и при всех этих условиям может возникнуть угроза падения, причем резкого уровня кислотности- это меньше 6,8. Это будет просто ужасно для рыб и растений.

2. Чтобы поддержать стабильность кислотности в воде, нужно чтобы уровень жесткости имел минимум 4, ДО подачи CO2, чтобы в любую минуту не исчез карбонатный буфер, что может привести к снижению кислотности.

Также надеюсь, вы помните, что pH-kH-CO2 зависят друг от друга. Поэтому по таблице 1 зависимости, зная kH, взяв требуемую величину pH, мы сможем найти углекислый газ. То есть, какая получиться концентрация углекислого газа, если мы возьмем определенные параметры pH и kH.

Например: мы наблюдаем, что с pH=6,8−7,2; kH= 4−5, тогда концентрация углекислого газа (CO2) составит 7,6− 23,8 мг\л. Используя для воды такие параметры, получим нормальное количество pH и CO2. Причем CO2 не будет слишком много, он будет оптимально насыщать воду, что поможет ускорению роста растений.

3. Чтобы растения свободно в большом количестве потребляли углекислый газ нужно, чтобы жесткость воды была равная 3,5−4 и мера кислотности воды была всегда меньше 7. Исходя из этого (уровень карбонатной жесткости) kH играет главную роль в увеличении роста ваших растений. В отличии от общей жесткости (gH), он не сильно влияет на рост растений, поэтому он является второстепенным, не важным фактором в аквариуме, но все же чтобы не навредить рыбам этот показатель не должен быть слишком высоким или слишком низким.