Влияние грунта на параметры воды и функционирование экосистемы аквариума

Совсем недавно мы рассказывали вам о видах грунта и воде. Настало время совместить оба компонента воедино и разобраться в их взаимодействиях поподробнее. А главное — познакомиться с подходом, который позволит нам выявить весомые факторы влияния любого типа грунта или подложки на функционирование экосистемы аквариума.

Через ряд наших предыдущих публикаций красной нитью проходит мысль, что грунт является важнейшим компонентом системы аквариума. Именно он в огромной мере влияет на два столпа его успешного функционирования — переработка органики и химический состав воды. Он также является субстратом для накопления питания и создания условий усвоения элементов, необходимых аквариумным растениям.

Мы постарались выделить несколько механизмов воздействия грунта, ориентируясь на которые возможно будет составить общее представление о любом его виде. В основу нашей классификации мы заложили подход, основанный на влиянии грунта и происходящих в аквариуме процессов. Сочетания и активность этих факторов позволяет прогнозировать развитие экосистемы, что в свою очередь упрощает выбор субстрата и позволяет предпринимать правильные действия при запуске и обслуживании аквариума.

Перейдём непосредственно к механизмам и процессам, связанным с ними: первым фактором влияния является размер (фракция) и форма частиц грунта. Данные параметры в существенной мере обуславливают интенсивность течения в грунте («проточность»), а также функционирование микрофлоры в нём. Рассмотрим механизмы воздействия: эти параметры влияют на насыпную плотность материала (иными словами — сколько килограмм грунта содержится в одном литре его объёма). По аналогии с расчётом объёма аквариума, перемножение длины и ширины аквариума в дециметрах на желаемую толщину слоя грунта (также в дециметрах) даёт нам значение необходимого количества в литрах. Например, если длина аквариума составляет 100 сантиметров, ширина 50 сантиметров, а желаемая толщина слоя грунта 6 сантиметров, то расчёт выглядит следующим: 10*5*0,6=30 литров. Фракция и форма также обуславливают площадь поверхности: чем меньше частицы грунта, тем больше площадь его поверхности при одинаковом объёме. А как нам известно, именно на этих поверхностях и селятся необходимые аквариуму микроорганизмы. Форма предпочтительна окатанная или близкая к ней, она позволяет создавать больше свободных полостей в слое грунта и способствует его равномерному заиливанию без «слёживания», снижает образование большого количества непроточных зон. Однородность фракции также важна. Для грунтов мелкой фракции — от 2 до 8 миллиметров — нежелательны отклонения более 1-2 миллиметров. Чем больше средний размер фракции, тем больше допустимы отклонения и наоборот. Это обусловлено тем, что более мелкие частицы грунта всегда стремятся осесть в нижние слои. Например, если грунт содержит в себе частицы размером от 1 до 15 миллиметров, то со временем при обслуживании такой грунт начнёт «расслаиваться», что создаст проблемы с его «проточностью».

Постараемся схематично продемонстрировать некоторые из этих моментов.

На данной схеме показана связь фракции грунта с «проточностью», в зависимости от глубины слоя. Не забываем, что излишняя «проточность» может мешать формированию слабокислой среды в грунте, что в свою очередь снижает доступность многих элементов, необходимых для успешного содержания аквариумных растений. Отсутствие течения может останавливать процессы аэробной переработки органики из-за недостаточного уровня кислорода.

На второй схеме мы постарались продемонстрировать связь заиливания, переработки органики и фракции грунта. Сделаем небольшую ремарку: ранее мы говорили о том, что переработка органики протекает со множеством этапов и связана с деятельностью огромного сообщества микроорганизмов. Можно заметить, что в случае мелкой фракции, органика скапливается преимущественно в поверхностном слое грунта и даже на поверхности, что в свою очередь делает отходы жизнедеятельности легко доступными для механической фильтрации, но нижние слои почти не задействованы. Грунты большой фракции позволяют продуктам жизнедеятельности проваливаться в донные слои, становясь скрытыми от глаза, без «сифонки» накапливаться и даже провоцировать процессы гниения. Грунты средней фракции в пределах— от 1 до 10 миллиметров — более предпочтительны для многих видов аквариумов, так как позволяют создать большую рабочую поверхность для бактерий и равномерное заиливание на разных этапах переработки. Многие аквариумисты могут заметить (это видно у переднего стекла), что в зависимости от глубины, ил в аквариуме становиться всё меньше и меньше, от (простите) фекалий на поверхности до своеобразной «мути» на глубине 4-6 сантиметров.

«Рабочая поверхность грунта», «проточность», уровень кислорода и количество органики тесно связаны между собой. Аквариумисты могут влиять на данные процессы путём чистки (сифонки) и рыхления грунта.

Фракция и форма играют существенную роль при выборе непитательных грунтов. Фирменные почвенные грунты (Soil) обычно имеют один-два стандартизированных размера фракции.

Перейдём ко второму, самому горячо обсуждаемому и популярному фактору влияние грунта, — наличию растворимых примесей. Их, в свою очередь, следует разделить на неорганические (минеральные) и органические.

Начнём с неорганических примесей. Они привлекают наибольшее внимание аквариумистов по причине достаточно простой диагностики аквариумными тестами, и они же часто окутаны ореолам мифов и являются главной страшилкой при выборе грунта. Минеральные примеси могут присутствовать как в грунтах из горных пород и искусственных грунтах, так и в земельных грунтах (Soil). В нашей статье о воде мы упоминали, что основой формирования состава и параметров воды являются химические реакции при её контакте с почвой и различными породами. Данный процесс получает своё продолжение и в аквариуме. Существует огромное разнообразие горных пород, существенно отличающихся как по основному химическому составу, так и по количеству и виду заключённых в них примесей. В статье о воде мы подчёркивали, что она является одним из лучших растворителей и способна взаимодействовать с разнообразными веществами, но вещества отличаются по своей растворимости в десятки и сотни раз. Ряд из них обладает высокой растворимостью. Именно хорошо растворимые вещества формируют основной химический состав большинства пресных поверхностных вод. Они же способны оказывать существенное влияние на аквариумную воду.

Хотелось бы подробнее разобрать состав катионов и анионов этих веществ, но ввиду очень большого количества вариаций и факторов, отложим эти вопросы для рассмотрения в отдельных статьях.

В рамках данной статьи отметим, что легче всего растворяются хлориды, следом за ним сульфаты, на последнем месте по растворимости находятся карбонаты. Вернёмся к аквариумной практике и рассмотрим несколько примеров, способных продемонстрировать нам данное влияние наглядно.

Один из самых распространённых видов грунта — кварцевый песок. Основой его химического состава является диоксид кремния (SiO2). Наличие различных примесей определяет его цвет и прозрачность. Диоксид кремния (SiO2) является веществом, не реагирующим с водой. Примеси, скрытые в нём, не могут как либо прореагировать или растворится в воде в существенном количестве. Кварцевые грунты можно считать «нейтральными». Но есть ещё один интересный момент. Сами кварцы являются нейтральными, но глина, в которой они могут быть «испачканы», может содержать в себе растворимые примеси, а также обладает некоторыми сорбционными свойствами, о которых мы поговорим далее. Поэтому автор придерживается позиции, что если от грунта требуется гарантия 100% нейтральности, то перед применением в аквариуме его необходимо тщательно промыть.

Вторым примером нам послужит коралловая крошка. Конечно это не горная порода, а останки, очевидно, кораллов, но данные субстраты встречаются в аквариумах довольно часто. В большинстве видов кораллов основным веществами являются карбонат кальция (CaCO3) и карбонат магния (MgCO3). Они являются растворимыми в воде, мы обращали на них внимание, когда рассказывали о формировании её состава. Кальций и магний в основном формируют жёсткость воды (GH), а карбонаты — щёлочность (KH). При использовании коралловой крошки в аквариуме данные вещества начнут растворятся, изменяя химический состав и её показатели соответственно.

Интенсивность растворения веществ существенно зависит от состава воды и её параметров, а также от температуры, течения и других факторов. В мягкой воде с низким содержанием примесей реакция будет очень активной, но по мере увеличения количества примесей интенсивность начнёт снижаться вплоть до полной её остановки. Также существенными факторами здесь будет количество растворённого в воде углекислого газа и показатель pH. В кислой среде (pH<7) растворение будет происходить куда более активно. Что не удивительно: растворение карбонатов кальция и магния происходит не просто от контакта с водой (H2O), но и при обязательном присутствии в ней растворённого углекислого газа (CO2).

Говоря о горных породах, можно отметить, что известняки, доломиты, кальциты и другие могут быть крайне активны в воде. С другой стороны, кварцы, базальты, граниты в большинстве своём нейтральны или слабоактивны (особенно в воде средней и высокой жёсткости). Можно проследить некоторую закономерность — высокоактивные породы, являются преимущественно осадочными, в то время как слабоактивные — магматическими.

В зависимости от воды и целей применение даже активно растворяющихся пород может быть оправдано, например, в случае содержания, часто упоминаемых автором, малавийских цихлид. И не только их. Автору известны случаи их успешного применения, а также личный опыт использования умеренно активных грунтов в травниках.

Хотелось бы ещё раз подчеркнуть: растворимые (неорганические) примеси широко представлены в горных породах, но существенно отличаются по активности, а интенсивность растворения зависит от ряда факторов.

Стоит упомянуть о широко применяемой практике проверки на «нейтральность» среди аквариумистов — залив грунтов различными кислотами (лимонной, уксусной, серной). Если «шипит и пузырит» — грунты бракуют. Данная проверка основана на взаимодействии кислот с карбонатами. Помещение грунтов в столь «агрессивную» для них среду отражает наличие в них карбонатов, но мало говорит о их количестве и об активности грунта в аквариуме. К тому же в породах могут содержаться растворимые примеси (те же хлориды, сульфаты), не реагирующие с кислотами с выделением CO2! Так что проводить проверку влияния грунта автор рекомендует с использованием различных тестов воды и TDS метра.

Когда речь заходит о растворимых примесях грунтов из горных пород, справедливо говорить о примесях, активно влияющих преимущественно на жёсткость (GH) и щелочность (KH) воды. Почвенные грунты (Soil) имеют в своём составе как неорганические (в том числе нитраты, фосфаты и так далее, практически не встречающиеся в горных породах), так и органические примеси. Так как сойлы (Soil) изготавливаются из различных почв, находящиеся в них гумусовые вещества и другие органические соединения (останки растений, микроорганизмов и прочее) сохраняются и при попадание в воду аквариума начинают вымываться из них. Органические примеси до момента переработки бактериям в неорганические соединения не могут быть проанализированы по химическому составу. Конечно можно провести даже в домашних условиях тест на содержание органики (о нём мы расскажем вам в следующих статьях), он отразит, причём достаточно косвенно, её количество, но ничего не скажет о содержании конечных продуктов минерализации. При этом стоит отметить, что конечными продуктами их переработки в основном являются углекислый газ и нитраты, но включают и ряд других веществ.

В общих чертах мы с вами рассмотрели два потенциальных фактора влияния грунта на экосистему аквариума: фракция и форма и растворимые примеси. Перед тем как двинуться дальше подведём промежуточный итог: влияние фракции, формы и наличие неорганических примесей относятся к грунтам из горных пород либо не почвенным искусственным грунтам. Для почвенных грунтов (Soil) и почвенных подложек характерно наличие ещё и растворимых органических примесей.

Перейдём к последнему фактору влияния грунта на экосистему аквариума и химический состав воды — сорбционные свойства. Фракция, форма, растворимые примеси являются достаточно простыми и относительно измеримыми контролируемыми процессами. С сорбционными свойствами дела обстоят куда сложнее.

Ввиду сложности взаимодействий и процессов сорбции, автор в некоторых моментах может допускать небольшие научные неточности и упрощения для объяснения их сути и влияния на аквариумные процессы

Сорбция — всеобъемлющий явление, происходящее постоянно и повсеместно и включающее в себя огромное количество разнообразных физических и химических процессов, связанных с поглощением, разделением, присоединением, обменом молекул и ионов разных веществ между собой, часть из них обратимые, часть — необратимые.

Первостепенно делится на 2 вида — аБсорбцию и аДсорбцию. В упрощённой виде рассмотрим их на примере. Если взять кусок туалетной бумаги и налить на него воды, она моментально впитается в неё, распределившись по всему объёму. Когда происходит взаимодействие, поглощение всем объёмом вещества — это явление называют аБсорбция. Если же взять глянцевый журнал и облить его водой, первоначально вода сформирует «лужицы» на его поверхности. Когда взаимодействия происходят на границе поверхностного слоя разных веществ — это явление называют аДсорбция.

Применительно к взаимодействиям воды и грунта в аквариуме автор будет акцентировать внимание на процессах аДсорбции, имеющими основное влияние.

Адсорбционные процессы в свою очередь также делятся на 3 основных типа взаимодействий. Физическую адсорбцию, химическую адсорбцию и ионный обмен.

Физическая адсорбция — увеличение концентрации растворённых веществ (ионов и молекул) у поверхности твёрдых веществ. Это физический процесс, его протекание происходит практически с любыми молекулами и ионами в воде и любым типом поверхности. Процесс является легкообратимым, вещества находятся в постоянном движении, стремясь прийти к равновесию. С увеличением концентрации растворённых веществ (любых) в воде их количество будет увеличиваться и у поверхностей субстрата, с уменьшением вещества будут активнее покидать поверхность. Данный процесс неизбирательный, не зависит от вида ионов и состава вещества поверхности.

Явление физической адсорбции часто приписывают некоторым видам фирменных непочвенных (непитательных) аквариумных грунтов, обладающих неровной и пористой поверхностью (характеризую как «Способность накапливать питание из воды»). По личному мнению автора, влияние крупнопористых субстратов не оказывает существенного влияние на накопление питательных веществ, по сравнению с грунтами из горных пород с относительно ровной поверхностью, оно компенсируется илом, накапливающимся в субстрате аквариума, о котором чуть позже. В то же время автор подтверждает, что увеличение площади поверхности (из-за её неровности и пористости) оказывает влияние на физическую адсорбцию.

На данном этапе заканчиваются основные механизмы влияние непочвенных грунтов, оставшиеся механизмы проявляются исключительно в специализированных почвенных аквариумных грунтах (Soil) и частично подложках.

Химическая адсорбция связана со свойством почвенных грунтов взаимодействовать с растворёнными в воде веществами по средствам химических реакций. В результате данных взаимодействий вещества из воды могут связываться и накапливаться в самом грунте как с дальнейшей их доступностью для растений, так и переходить в плохо усвояемые для растений формы или же связывать вещества из воды в слаборастворимые/нерастворимые соединения.

Химическая адсорбция очевидно проявляется в способности почвенных грунтов (Soil) поглощать ионы влияющие на жёсткость (GH) и щелочность (KH) воды, но на этом они не ограничиваются, может адсорбироваться множество веществ, в особенности часто ярко выражена способность к поглощению анионов фосфорной кислоты (Фосфаты, PO4). Способность почвенных грунтов к химической адсорбции очень сильно зависит от количества в ней гумуса (органического вещества почв). Чем его больше, тем больше способность грунта в адсорбции. Данное свойство не является бесконечным и рано или поздно, в зависимости от многих факторов, способность к химическому поглощению снижается.

Ионный обменспособность почвенных грунтов обменивать катионы различного вида находящиеся в воде, на равнозначное количество других катионов, содержащихся в грунте.

Основными катионами, которыми обмениваются, являются кальций (Ca+), магний (Mg+), водород (H+), натрий (Na+), калий (K+). Способность почвенных грунтов подкислять воду, и снижать pH проявляется в обмене катионов находящихся в воде, на катионы водорода (H+) из почвы. О pH и его формировании вы можете прочесть в статье о воде и её параметрах. Способность к ионному обмену обуславливается составом почв из которых изготовлен грунт и характеризуется количеством катионов доступных к обмену. Их количество характеризуют как CEC (Cation-exchange capacity) грунта, такую аббревиатуру можно встретить в описаниях различных почвенных грунтов и подложек. CEC, в переводе, Ёмкость катионного обмена (ЕКО).

Подводя итог по влиянию сорбционных свойств почвенных грунтов, автор очень хотел бы указать на конкретные элементы, которые могут поглощаться, аккумулироваться или обмениваться при контакте воды с грунтом. К сожалению сделать такие выводы не представляется возможным. Величина проявления каждого из них, а так же способности поглощать или выделять различные вещества, существенно зависит от каждого конкретного вида грунта, состава почвы и добавок, которые производитель вносит в него. Аквариумист может лишь делать выводы о его влиянии на основании изучения и понимания данных процессов, опираясь на тестирование воды различными тестами и приборами. Нам остаётся надеяться, что производитель озаботился всевозможными тестированиями и опытами и подобрал оптимальный состав грунта для решения поставленных перед нами задач. Следует помнить, что почвенные грунты бывают креветочными и питательными, для растений, либо совмещать оба направления, и их влияние может существенно отличаться.

Было бы неуместно в очередной раз не упомянуть, ещё об одном факторе, который стоит особняком от непосредственного влияния грунта на параметры воды, но и одновременно очень тесно с ним взаимосвязан — жизнедеятельность бактерий и микроорганизмов в нём. Они оказывают огромное влияние на накопление питательных веществ в грунте. Ранее в статье, автор упоминал, что влияние пористых грунтов в способности аккумулировать вещества, компенсируется илом. Мелкий размер его частиц, создаёт большую площадь поверхности, а миллиарды бактерий в нём работают как гигантский завод по производству и трансформации различных элементов и соединений. На почвенных грунтах это явление проявляется гораздо сильнее, из-за обилия питания в нём. Правильное развития микрофлоры приобретает ещё большее значение, оно поддерживает «работоспобность» грунта на протяжении длительного периода времени. В очередной раз, автор настоятельно рекомендует использовать культуры бактерий (Бактеры), которые производитель выпускает в дополнение к своим почвенным грунтам и подложкам! Бактерии, аккумулируя питание и производя различные соединения для построения своего тела, увеличивают количество гумуса в грунте. Ведь гумус в почвах, из которых в последствии производятся питательные и креветочные грунты, есть ни что иное как бактерии, микроорганизмы и растения обитавшие в нём.

Подведём итоги механизмов влияние грунта на экосистему аквариума и параметры воды в нём.

Как мы видим, грунты из горных пород и искусственные непочвенные грунты охватывают лишь несколько механизмов воздействия, которые достаточно легко диагностируются и прогнозируются. В свою очередь почвенные грунты обладают полным набором рассмотренных нами механизмов. По этой причине новичкам рекомендуют применять в аквариуме «нейтральные» грунты, чтобы сократить количество неизвестных переменных при планировании и содержании аквариума. Наши читатели по ряду наших статей могли заметить, что все компоненты аквариума играют свою роль и очень тесно взаимосвязаны. Увеличение количества «переменных» в нём усложняет выявление причин потенциальных проблем, особенно это связано с плохим ростом аквариумных растений или активного распространения водорослей в аквариуме.  

Автор не стал заострять внимание на грунтах вроде больших стеклянных шариков, либо крупнофракционных, плохоокрашенных грунтов «ядовитых» цветов. Примите как данность — им не место в аквариуме. Что же касается грунтов и горных пород, перед приобретением узнавайте информацию о нём: если удастся определить типы пород из которой они состоят, можно будет ориентировочно прогнозировать их активность и влияние. Но оказывает грунт влияние или нет покажет только TDS-метр, а какое именно влияние — покажут тесты воды. Тестировать лучше на воде, которая будет применяться в аквариуме. Проверять грунты из горных пород на наличие примесей логично до заливки аквариума в небольшой ёмкости (баночке), чтобы в случае чего не пришлось сливать и пересобирать аквариум. Нейтральные и слабоактивные грунты в большинстве своём позволяют исправлять допущенные ошибки и решать различные проблемы без перезапуска аквариума с применением подмен, сифонок, добавления определённых удобрений и так далее.

Почвенные грунты требуют соблюдения ряда условий как на этапе запуска, так и на этапе обслуживания аквариума. При их использовании нельзя «прямолинейно» ориентировать на тесты воды при внесении в аквариум удобрений, нужно учитывать факторы их влияния. В то же время хороший питательный и креветочный грунт при правильном использовании позволяют решать ряд проблем и устранять существенные недостатки химического состава исходной водопроводной воды. При их использовании обязательно ознакомьтесь с инструкциями по применению от производителя и технологией «запуска» аквариума на них.

В статье мало рассмотрены «питательные подложки». Все они очень разные: по внешнему виду, по наличию в них вещества, по технологии запуска и обслуживания. При их использовании также нужно обязательно ознакамливаться с инструкцией.

Хотелось бы отметить, к большому сожалению, информация от производителя касательно свойств грунтов не всегда достоверно и в полной мере отражает их свойства и влияние. И нам приходится полагаться на личный опыт и знания, а также на опыт коллег-аквариумистов.

Автор надеется, что данная статья помогла вам лучше разобраться в роли и влиянии грунта на параметры воды и экосистему аквариума и в очередной раз подчеркнула существенную роль данного компонента.

 

Мне интересно! Хочу еще прочесть про:

Leave a Comment