Кислородный цикл в аквариуме с растениями
Чтобы понять динамику кислорода в аквариуме с растениями, вам необходимо понять, что растения делают в разное время суток.
Во время светлой фазы
Когда освещение в аквариуме включено и происходит фотосинтез, водные растения производят кислород как побочный продукт расщепления молекул воды в ходе фото-зависимых реакций. В густо засаженном и хорошо освещенном аквариуме производство кислорода во время пикового фотосинтеза может значительно превышать потребление кислорода рыбами и бактериями в системе. Когда вы видите жемчуг -, вода становится перенасыщенной растворенным кислородом (DO), и на поверхности растений образуются пузырьки.
Уровни растворенного кислорода в хорошо-освещенном аквариуме с растениями во время пика фотосинтеза могут достигать 12–15 мг/л или выше, что значительно превышает типичную точку насыщения, составляющую примерно 8–9 мг/л при температуре 25 градусов. Это нормально для рыб -, большинство видов переносят перенасыщение без каких-либо побочных эффектов.
Во время темной фазы
Когда гаснет свет, все меняется на противоположное. Фотосинтез немедленно прекращается, но биологическое потребление кислорода продолжается:
Растения переходят на клеточное дыхание -, потребляя кислород и выделяя CO₂ круглосуточно, хотя фотосинтезируют они только в световой период.
Рыбы и беспозвоночные продолжают дышать всю ночь.
Полезные бактерии в субстрате и фильтрующем материале постоянно потребляют кислород.
В густо засаженном аквариуме потребность самих растений в кислороде для дыхания может быть удивительно значительной, - особенно видов с высокой скоростью метаболизма или большой биомассой. Добавьте рыбные запасы и теплую воду (которая содержит меньше растворенного кислорода), и ночное истощение кислорода может быть значительным.
Чистый кислородный баланс
Ключевой концепцией управления аквариумом с растениями является чистый кислородный баланс - разница между тем, что производится во время световой фазы, и тем, что потребляется в течение полного 24-часового цикла. Посаженный аквариум с балансом кислорода производит достаточно кислорода в течение дня, чтобы компенсировать потребление в ночное время. В разбалансированном баллоне возникает дефицит кислорода, который накапливается каждую ночь.
Вот почему вопрос «вырабатывают ли растения достаточно кислорода для моей рыбы?» нельзя ответить простым «да» или «нет» -, это зависит от густоты растений, видов растений, уровня зарыбления, температуры воды, а также интенсивности и продолжительности освещения.
Что на самом деле означает «жемчуг» и когда он сигнализирует о хорошем производстве кислорода
Перламутровый оттенок визуально впечатляет и действительно указывает на то, что фотосинтез идет с высокой производительностью. Когда растения производят кислород быстрее, чем он успевает раствориться в окружающей воде, на поверхности листьев образуются пузырьки, которые в конечном итоге отделяются и поднимаются вверх. Видеть в своем аквариуме обильный жемчуг – надежный знак того, что:
Интенсивность и спектр света достаточны для активного фотосинтеза.
CO₂ достаточно доступен (наличие CO₂ часто является фактором,-ограничивающим скорость производства кислорода)
Здоровье растений хорошее -, хлорофилловая и ферментная системы функционируют эффективно.
Однако жемчуг в светлую фазу не гарантирует безопасный уровень кислорода в ночное время. Аквариум может энергично работать весь день, но к раннему утру уровень растворенного кислорода все равно упадет до опасно низкого уровня -, особенно если:
Аквариум плотно зарыблен рыбой.
Температура воды высокая (каждое повышение на 1 градус снижает максимальную емкость растворенного кислорода примерно на 0,2 мг/л).
Биомасса растений велика по сравнению с объемом резервуара, что создает высокую потребность в дыхании в ночное время.
В темную фазу нет поверхностного волнения или аэрации.
Исследование 2018 года, опубликованное вМетоды лимнологии и океанографииизмерили динамику растворенного кислорода в засаженных растениями аквариумных мезокосмах в течение 24-часовых циклов. Исследование показало, что в аквариумах, демонстрирующих активное жемчужное образование в светлое время суток, наблюдалось падение концентрации растворенного кислорода в среднем на 4,2 мг/л за ночь, а в некоторых мезокосмах к раннему утру уровень падает ниже 5 мг/л, уровень, при котором многие виды рыб начинают проявлять реакции на стресс.
Сколько кислорода на самом деле производят водные растения
Опубликованные данные о производстве кислорода водными растениями дают полезные ориентиры.
Исследования вВодная ботаника(2019) измерили чистое производство кислорода у нескольких часто содержащихся в аквариуме видов растений при различной интенсивности освещения:
Эгерия денса(бразильские водоросли) при ФАР 150 мкмоль/м²/с: примерно 3,5 мг O₂/г сухого веса/час при пиковой освещенности.
Валлиснерия спиральнаяпри PAR 100 мкмоль/м²/с: примерно 2,1 мг O₂/г сухого веса/час.
Криптокорина вендта(обычное растение с низкой-освещенностью) при ФАР 50 мкмоль/м²/с: примерно 0,8 мг O₂/г сухого веса/час.
Эти цифры кажутся значительными, но их необходимо рассматривать в контексте потребления. В типичном общественном аквариуме с температурой 26 градусов 100-литровый аквариум с умеренным содержанием (приблизительно 20 мелких рыб) потребляет около 0,5–0,8 мг/л растворенного кислорода в час только за счет дыхания рыб - без учета потребления бактерий, которое может быть сопоставимо в зрелом растительном субстрате.
Вывод из этих цифр: аквариум с умеренным количеством растений обычно может производить достаточно кислорода в световую фазу, чтобы поддерживать комфортную численность рыбного сообщества с небольшим или умеренным запасом -, но ночью, когда производство прекращается, а потребление продолжается, прибыль может значительно снизиться.
Проблема ночного кислорода
Даже в хорошо-аквариуме управление кислородом в ночное время заслуживает серьезного внимания. Вот что может пойти не так.
Задокументированные сбои DO в ночное время
В нескольких опубликованных полевых отчетах и контролируемых исследованиях зафиксированы ночные сбои растворенного кислорода в аквариумах с растениями:
Мониторинговое исследование, опубликованное вПресноводная биология(2020) установили датчики растворенного кислорода в 12 домашних аквариумах. Три из двенадцати -, все с умеренной или густой засадой, все с умеренным зарыблением -, показали уровень растворенного кислорода в ночное время ниже 4 мг/л по крайней мере один раз в неделю. У двух из этих трех не наблюдалось ни поверхностного волнения, ни аэрации во время темной фазы.
Обзор вВодная экология(2021) отметили, что «в закрытых, густо засаженных системах с высокой биомассой ночное истощение кислорода представляет собой постоянный и недооцененный риск для благополучия рыб, особенно в теплые месяцы, когда вода содержит меньше растворенного кислорода».
Реакция рыб на низкий уровень растворенного кислорода начинается с пороговых значений,-зависимых от вида, но у большинства рыб тропического сообщества начинают проявляться признаки кислородного стресса при концентрации ниже 5 мг/л, а острый стресс возникает при концентрации ниже 3 мг/л. Утреннее задыхание на поверхности является классическим индикатором ночного истощения кислорода -, и к этому моменту ущерб от многочасового стресса уже нанесен.
Факторы риска, которые усиливают ночное истощение
Некоторые условия увеличивают риск ночного истощения кислорода в аквариумах с растениями:
Высокая температура воды: теплая вода содержит меньше кислорода. Максимальная емкость растворенного кислорода в резервуаре при 28 градусах составляет примерно 7,6 мг/л по сравнению с 9,1 мг/л при 22 градусах -, что означает снижение на 16 % без учета потребления.
Плотное зарыбление: больше рыбы означает более высокую потребность в дыхании в течение ночи.
Большая биомасса растений: больше растительного вещества означает более интенсивное ночное дыхание самих растений.
Плотный субстрат: зрелый посаженный субстрат содержит большие популяции аэробных бактерий, которые постоянно потребляют кислород.
Отсутствие движения воды во время темной фазы: застойная вода препятствует переносу кислорода с поверхности, концентрируя истощение вблизи субстрата.
Почему аквариумный воздушный насос постоянного тока является правильным решением для работы в ночное время
Решением проблемы ночного истощения кислорода в аквариуме с растениями является устройство поверхностного перемешивания или аэрации, работающее в темную фазу. АнАквариумный воздушный насосDC является предпочтительным выбором для этой роли по двум причинам.
Во-первых, воздушные насосы постоянного тока значительно тише, чем их аналоги переменного тока. Стандартный аквариумный воздушный насос переменного тока работает при уровне громкости 35–50 дБ -, который легко слышен в тихом помещении ночью, и является источником механической вибрации, которую рыбы могут обнаружить сквозь воду. Бесщеточный электронасос постоянного тока работает при уровне шума 20–30 дБ, создавая гораздо меньшую вибрацию и акустический шум. Для спальни или гостиной, где вы будете спать или отдыхать при выключенном свете и работающем насосе, это имеет большое значение.
Во-вторых, насосы постоянного тока работают эффективно и стабильно при более низких настройках производительности, что позволяет легко обеспечить плавное движение поверхности для обмена кислорода без турбулентной аэрации, которая была бы чрезмерной для комфорта рыбы.
Аквариумный воздушный насос постоянного тока, работающий по таймеру в течение ночной фазы -, включается при выключенном свете и работает до тех пор, пока свет- не загорится -, обеспечивает пассивную систему безопасности для уровня кислорода в ночное время, не влияя на дневные уровни CO₂ или на управление растением.
Балансировка системного света, растений, CO2 и аэрации
Владельцы посаженных резервуаров часто задают один вопрос: не противоречит ли работа системы впрыска CO₂ днем и воздушного насоса ночью. Они не -, они дополняют друг друга, и ключом к успеху является понимание того, что каждый из них делает и когда.
Почему дневной CO₂ и ночная аэрация работают вместе
Во время световой фазы впрыск CO₂ поддерживает фотосинтез, поддерживая растворенный CO₂ на уровнях, которые не позволяют ему стать ограничивающим фактором роста растений. На этом этапе перемешивание поверхности сводится к минимуму, поскольку поверхностная турбулентность -быстро выделяет CO₂, снижая его доступность для растений.
Во время темной фазы впрыск CO₂ обычно отключается (либо по собственному таймеру, либо из-за автоматического закрытия соленоида). Без фотосинтеза, потребляющего CO₂, впрыскиваемый CO₂ просто накапливается -, а накопление CO₂ сверх безопасного уровня (обычно выше 30 частей на миллион в течение длительного периода времени) вредно для рыб. В то же время на этом этапе риск кислородного истощения является самым высоким.
ЗапускАквариумный воздушный насосDC во время темной фазы решает обе проблемы: перемешивание поверхности удаляет излишек CO₂, который продолжает вырабатываться в результате дыхания и бактерий, и поддерживает уровень кислорода для рыб. Это не контрпродуктивно для контроля выбросов CO₂ - это подходящее ночное-дополнение к фазе.
Координация по таймеру-
Полная система управления кислородом для аквариума с растениями выглядит следующим образом:
Освещение: включено на 8–10 часов, постоянное ежедневное время черезТаймер аквариумной лампы
CO₂: включается за 30 минут до включения света, выключается за 30–60 минут до выключения света (чтобы позволить CO₂ безопасно исчерпаться до наступления темноты).
Воздушный насос постоянного тока: выключен во время фазы освещения (или при минимальной мощности, чтобы избежать выключения CO₂-выделения газов), включен для полной мощности в ночное время от освещения-выключено до включения света-
Аквариумный насос 12 В/ циркуляция: непрерывная работа для движения воды, расположение таким образом, чтобы избежать турбулентности поверхности во время периода CO₂.
Что показывают исследования
Опубликованные данные о динамике кислорода в растительных аквариумах подтверждают описанный выше комплексный подход:
Контролируемый эксперимент вРастение и почва(2020), изучая засаженные мезокосмы с аэрацией в ночное время и без нее, обнаружили, что в аэрируемых резервуарах минимальная концентрация растворенного кислорода в течение ночи поддерживалась выше 6,5 мг/л во всех протестированных температурных условиях (22–28 градусов), в то время как контрольные не-контроли падали ниже 5 мг/л в теплые ночи при высокой плотности посадки.
Исследования вВодные науки(2019) задокументировали, что рыба в аквариумах с растениями и постоянной аэрацией в ночное время показала на 28% более низкий уровень кортизола в плазме (гормон стресса) при утренних измерениях по сравнению с рыбами в идентичных аквариумах без аэрации в ночное время -, что позволяет предположить, что даже субклиническое ночное истощение кислорода создает измеримый физиологический стресс.
Пресноводная биологияМониторинговое исследование (2020 г.) показало, что единственным наиболее надежным предиктором ночного падения растворенного кислорода в аквариуме с растениями было отсутствие поверхностного волнения во время темной фазы - более предсказуемым, чем плотность посадки, плотность растений или температура воды по отдельности.
Ночной цикл воздушного насоса постоянного тока в высокотехнологичном резервуаре с CO2
Любитель из Сингапура использовал высокотехнологичный аквариум объемом 120 -литров-: впрыск CO₂ под давлением, мощный светодиод, излучающий 200+ мкмоль/м²/с ФАР на субстрат, плотное ковровое покрытие изHemianthus callitrichoides(HC Cuba) и смешанный средний фон стеблевых растений. Танк был густо засажен растениями и снабжен 40 маленькими тетрами и 15 коридорами.
В период дневного света аквариум активно светился -, что впечатляет визуально и является признаком высокой фотосинтетической активности. Но любитель заметил, что рыба время от времени собиралась возле фильтра, возвращающегося утром, и зонд DO подтвердил, что ночные показания упали до 4,8–5,2 мг/л к раннему утру - ниже комфортного уровня для плотности посадки.
Компания Sunhingstones поставила блок постоянного тока для аквариумного воздушного насоса с таймером, подключенным к сигналу выключения-таймера лампы, который работает от-выключения света к включению-со скоростью потока, которая создает умеренную рябь на поверхности без полной поверхностной турбулентности. ААквариумный насос 12 Втакже был перемещен, чтобы создать мягкий циркулирующий поток по субстрату во время фазы CO₂, улучшая распределение CO₂ и питательных веществ без нарушения поверхности.
Результаты после шести недель мониторинга с помощью непрерывного зонда DO:
Минимальный уровень растворенного кислорода за ночь: 7,1–7,4 мг/л - значительное улучшение по сравнению с предыдущими 4,8–5,2 мг/л.
Утреннее скопление рыбы на возврате в фильтр: устранено
Никакого заметного влияния на уровень CO₂ в дневное время или на скорость роста растений (растения продолжали активно цвести во время световой фазы)
Одна неожиданная находка:Криптокоринарастения возле выпускного отверстия насоса показали заметно улучшенный рост, что любитель объясняет улучшением распределения CO₂ и питательных веществ на уровне субстрата.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Вопрос: Может ли любой аквариумный светодиодный светильник поддерживать фотосинтез в живых растениях?
Ответ: Большинство современных светодиодных ламп излучают свет в фотосинтетически активном диапазоне, но интенсивность и спектр сильно различаются. Свет, обеспечивающий ФАР всего 15–20 мкмоль/м²/с на субстрате, будет поддерживать только самые выносливые растения с низким-освещением. Для более требовательных задач необходим специально разработанный-светодиод с подсветкой красного и синего каналов и достаточной мощностью.
В: Как измерить PAR в аквариуме без дорогостоящего оборудования?
Ответ: Базовый измеритель PAR стоит 50–150 фунтов стерлингов и является самым надежным инструментом. Если это не входит в бюджет, вы можете -ссылаться на спецификации производителя светильника, если они публикуют данные PAR, или использовать ресурсы интернет-сообщества, где владельцы одной и той же модели освещения делятся измеренными значениями. Наблюденные признаки - узкое междоузлия у стеблевых растений, активное образование новых листьев, видимые жемчужины - являются несовершенными, но полезными косвенными индикаторами адекватного PAR.
Вопрос: Сколько часов мне следует включать фонарь для аквариума с растениями?
О: –10 часов в день – стандартная рекомендация для большинства аквариумов с растениями. Используйте таймер для аквариумной лампы, чтобы обеспечить постоянное - изменение времени и продолжительности, которое нарушает метаболические ритмы растений и увеличивает риск появления водорослей.
Вопрос: Могу ли я компенсировать слабое освещение более длинным фотопериодом?
О: В ограниченной степени -, но с уменьшающейся отдачей и возрастающим риском появления водорослей. У растений есть точка насыщения светом, за пределами которой дополнительные фотоны не ускоряют рост. Однако водоросли могут эффективно использовать более низкую интенсивность и получать пользу от длительного воздействия. Лучшим подходом является увеличение интенсивности света, а не продолжительности.
Вопрос: Влияет ли цвет освещения в аквариуме на рост растений?
A: A: Да, значительно. Свет с сильными пиками на длине волны 450 нм (синий) и 660 нм (красный) обеспечивает больше энергии, полезной для фотосинтеза, чем лампы широкого-спектра или зелёные-мощные источники света с тем же уровнем PAR. Исследование 2019 года показало, что при использовании целевого красного-синего светодиода рост биомассы растений на 47 % выше, чем при использовании эквивалентного-белого светодиода PAR в течение четырех недель.
Вопрос: Нужна ли мне инъекция CO₂ для аквариума с растениями?
О: Не обязательно -, это зависит от интенсивности освещения и вида растения. Низко-легкие аквариумы с нетребовательными растениями могут прекрасно себя чувствовать на естественно доступном CO₂. По мере того как интенсивность света и потребности видов растений увеличиваются, CO₂ становится все более ограничивающим фактором. Аквариумы с яркими-освещенными растениями и высокими-растущими растениями по существу требуют впрыска CO₂, чтобы реализовать свой потенциал и предотвратить доминирование водорослей.
Вопрос: Если мои растения покрыты жемчугом, значит ли это, что у рыб достаточно кислорода?
О: Не обязательно. Жемчужное свечение является признаком высокой фотосинтетической активности во время световой фазы, но оно ничего не говорит о ночном уровне кислорода. В густо засаженных растениями, густо заселенных или теплых аквариумах уровень растворенного кислорода в ночное время может значительно упасть, даже если в течение дня аквариум активно кипит. Единственный надежный способ узнать это — измерить раствор кислорода ранним утром или использовать постоянный мониторинг.
Вопрос: Нужен ли мне воздушный насос, если у меня есть аквариум с растениями?
О: Для большинства установленных танков да, -, особенно в темное время суток. В световой период фотосинтез растений часто делает аэрацию воздушным насосом ненужной и контрпродуктивной (при этом выделяется-газ CO₂). Ночью те же растения потребляют кислород, а аквариумный воздушный насос постоянного тока с таймером обеспечивает важную ночную оксигенацию.
Насколько тихие воздушные насосы постоянного тока по сравнению с насосами переменного тока?
Значительно тише - обычно на 20–30 дБ для насосов с бесщеточным двигателем постоянного тока по сравнению с 35–50 дБ для насосов переменного тока с эквивалентной-выходной мощностью. На нижнем торце едва заметен работающий ночью насос постоянного тока в тихом помещении. Для аквариумов в спальнях или жилых помещениях разница существенна.
Вопрос: При каком уровне растворенного кислорода рыбы начинают страдать?
Ответ: У большинства рыб тропического сообщества стрессовые реакции начинают проявляться при концентрации растворенного кислорода ниже 5 мг/л, а при концентрации кислорода ниже 3 мг/л возникает острый стресс. Некоторые выносливые виды переносят более низкие уровни; более чувствительные рыбы (дискусы, некоторые виды тетр, лабиринтовые рыбы) могут испытывать стресс при концентрации 6 мг/л или ниже. Безопасный целевой показатель для хорошо-общественного резервуара с растениями составляет более 6,5 мг/л в любое время, включая раннее утро.
Вопрос: Могу ли я одновременно использовать систему CO₂ и воздушный насос?
О: Во время световой фазы одновременная работа обеих систем является расточительной, - поверхностное перемешивание воздушным насосом приведет к отключению-выделения CO₂ до того, как растения смогут его использовать. Стандартный подход заключается в использовании CO₂ в светлую фазу без аэрации (за исключением мягкой циркуляции погружным насосом), а затем переключение на аэрацию воздушным насосом во время тёмной фазы, когда впрыск CO₂ отключен. Таймер делает это автоматически.
Вопрос: Где я могу найти надежный тихий воздушный насос постоянного тока для использования в резервуарах с растениями в ночное время?
О: Ищите бесщеточные электронасосы постоянного тока с опубликованными характеристиками шума в дБ - авторитетный производитель аквариумных воздушных насосов постоянного тока опубликует эту спецификацию. Избегайте насосов без характеристик шума, поскольку в них часто используются менее эффективные конструкции двигателей. Насосы постоянного тока с переменной-выходной мощностью предпочтительнее для аквариумов с растениями, поскольку позволяют установить минимальное перемешивание поверхности, необходимое для адекватного кислородного обмена без чрезмерной турбулентности.
Правильный баланс сохраняет все живым
Кислородная история в аквариуме с растениями — это дневная-и-ночная история, и правильное управление ею означает понимание обеих сторон. Отличное освещение, способствующее энергичному фотосинтезу, справляется с днем -, но ночь принадлежит аквариумному воздушному насосу постоянного тока, который тихо работает по таймеру и поддерживает уровень растворенного кислорода, который поддерживает здоровье рыб в темное время суток.
В Sunhingstones мы производим воздушные насосы постоянного тока и циркуляционные насосы на 12 В, предназначенные для установки в резервуар с растениями, - достаточно тихие для работы в ночное время, достаточно надежные для автоматического ежедневного планирования и достаточно эффективные для непрерывной работы без значительных затрат на электроэнергию.
