АКВАРИУМИСТИКА
Нестандартное решение
С. Тюрюков г.Москва
Аквариум 2/2001
Успех содержания и разведения обитателей аквариума во многом зависит от химического состава используемой воды. Поскольку в наших источниках водоснабжения он чаще всего не соответствует тому. к которому гидробионты привыкли у себя на родине, аквариумисту приходится регулярно заниматься формированием и стабилизацией гидрохимических параметров комнатного водоема. используя в том числе и специальные химические препараты, в изобилии появившиеся на прилавках зоомагазинов. Однако результаты не всегда радуют аквариумиста. Это может быть вызвано как низкой эффективностью некоторых готовых составов, так и непродуманным их применением.
Чтобы иметь поле для экспериментов и грамотно подойти к вопросам влияния на параметры воды в аквариуме, я решил проштудировать специальную литературу с целью хотя бы в общих чертах разобраться в том. как формируется состав воды в природе. Вот что удалось выяснить.
Состав природных вод весьма сложен, формирование его тесно связано со свойствами подстилающей поверхности, которые обусловлены характером почв, материнских и осадочных горных пород. Соприкасаясь в своем круговороте с различными минералами, природные воды включают в свой состав значительное число ингредиентов. жизненно важных для обитающих в них животных и растений. С другой стороны, в результате постоянного воздействия воды на горные породы идут процессы их физического, химического и биологического выветривания. сопровождающиеся образованием солей, окисей и гидроокисей металлов, а также глинистых минералов.накапливающихся в осадочных породах.
Глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит. гидрослюды. глауконит,вермикулит и др.) относятся к подклассу листовых (слоистых) силикатов и алюмосиликатов. К этому подклассу относятся также слюды (биотит, мусковит, флогопит) и другие минералы. Они входят в состав почв и многих осадочных пород - глин и суглинков, песчаников и супесей, лесса, латеритов и бокситов, а также озерноречных и морских илов.
Большинство глинистых минералов представляют собой тонкозернистые агрегаты, состоящие из чешуек (реже волокон) размером менее одного микрона с хорошо выраженными свойствами ионного обмена и сорбции, то есть они способны как поглощать из растворов, так и выделять в них различные органические и неорганические вещества. Благодаря этим свойствам, а также широкому распространению глинистые минералы и включающие их породы играют важную роль в формировании гидрохимического режима природных вод.
Первый этап формирования состава вод проходит в почве при активном влиянии ее минеральных, органических и биологических составляющих.
Одной из характеристик почвы является ее поглотительная способность. Она важна как для предохранения элементов питания растений от вымывания. так и для очистки вод от загрязняющих веществ. Поглотительную способность обеспечивают главным образом коллоиды почвы - частицы размером не более одного микрона. Значительную часть этих частиц составляют глинистые минералы, которые совместно с гумусом оказывают влияние и на создание пористой, водопрочной комковатой структуры, обеспечивающей плодородие почвы, а также ее способность удерживать воду. одновременно пропуская большие массы ее через некапиллярные промежутки. При этом кальций поглощается почвой сильнее магния, а магний сильнее калия и натрия, биогенные элементы и микроэлементы усваиваются высшими и низшими растениями. Поэтому подпочвенная вода обычно обладает невысоким качеством, так как имеет несбалансированный солевой состав и содержит много органики.
Далее вода медленно перемещается в многометровом подпочвенном слое грунта и при активном участии глинистых минералов очищается от органических веществ, одновременно поглощая натрий, калий, кальций, магний, фосфор, а также целый ряд микроэлементов, образующихся в результате выветривания породы. Глинистые минералы либо поглощают вещества (если их концентрации в растворе велики), либо выделяют их (если концентрации малы). В итоге вода приобретает сбалансированный состав, т.е. включает умеренные количества кальция, магния, натрия, биогенных элементов и микроэлементов. Поэтому, в отличие от подпочвенных вод, грунтовые обычно обладают питьевым, а иногда и лечебным качеством.
Поступая в водоемы, грунтовые воды несут с собой биогенные элементы (азот. фосфор и др.), а также микроэлементы (железо, кремний, кобальт, никель, марганец, медь, цинк, стронций и др.). Биогенные элементы имеют особое значение для питания фитопланктона и высшей водной растительности. Микроэлементы также существенно влияют на развитие растительных и животных организмов. Причем для микроэлементов характерна высокая биологическая активность, то есть способность в малых дозах оказывать сильное биохимическое воздействие. Их недостаток или избыток приводит к патологии в развитии, к отравлениям организма и нередко к его гибели. Активный солевой обмен свойствен не только растениям. Захват различных ионов клетками поверхности тела играет существенную роль в минеральном питании многих водных животных. Например, высшие раки поглощают из воды растворенный в ней кальций, цинк. Рыбы (карповые, осетровые) поглощают через поверхность тела фосфор и другие минеральные элементы (Константинов. 1972).
Глинистые минералы обычно присутствуют в водоеме как в виде осадков, так и в коллоидной форме - в виде взвесей. Поглощая растворенные в воде органические вещества, они выпадают в осадок, смешиваются с детритом и образуют донные отложения (озерно-речной ил. сапропель. низинный торф), которые играют значительную роль в формировании гидрохимического режима, обеспечивая обмен органикой, биогенными компонентами и микроэлементами. Например, поступление фосфора из донных отложений в воду происходит только в том случае, если его концентрация в воде не более 0.5 мг/л. При взаимодействии с водой, содержащей более 0.5 мг/л фосфора. иловые отложения поглощают его. Подобным образом происходит и формирование концентраций соединений азота - аммония. нитритов и нитратов. Микроэлементы находятся в илах преимущественно в виде труднорастворимых соединений, их поступление в воду зависит от концентрации кислорода. рН и ряда других факторов.
Как показывает практика. грунт, содержащий листовые силикаты, выделяет адсорбированные микроэлементы в необходимом для роста растений количестве. Этот же грунт эффективно поглощает соли цветных металлов,если их концентрация в воде велика. То есть содержащие листовые силикаты илы препятствуют опасным для населения водоемов изменениям концентраций биогенных элементов и микроэлементов.
В отличие от озерно-речных илов, бедный минеральными веществами (в частности, и глинистыми) торф верховых болот. формирует бедные элементами питания растений (дистрофные) воды. обладающие кислой реакцией и желто-коричневым цветом.
В морях и океанах наиболее богаты биогенными элементами водные массы прибрежных районов, мелководий, морских банок и зон подъема глубинных вод, то есть воды, контактирующие с донными отложениями.
Таким образом, осадочные горные породы, почвы и природные воды с их населением являются продуктом общего процесса геологической и биологической эволюции и находятся в тесном взаимодействии как части единой экосистемы. А листовые силикаты являются неживой. но весьма активной ее частью.
Благодаря своим замечательным свойствам глинистые минералы находят весьма широкое применение в улучшении состава и структуры почвы, очистке сточных вод, подготовке питьевой воды и пр. Однако в аквариумистике глинистые минералы пока не нашли достойного применения. При промывке грунта они удаляются как ненужная грязь и используются обычно в ограниченном количестве - в виде комочков, вносимых под корни растений, или в качестве примеси к грунту при выращивании растений в горшочках.
В октябре 1998 года я устроился на работу в небольшое аквариумное хозяйство в одном из подмосковных городов. Для заполнения аквариумов здесь использовалась артезианская вода. имеющая dGH 22°. рН = 8.5 и содержащая очень мало железа и микроэлементов (в 3-4 раза ниже ПДК для питьевой воды). В качестве грунта использовали гравий размером 5-10 мм. Экологическая обстановка в аквариумах была явно ненормальной: растения, выращивание которых в московской воде не является проблемой, развивались крайне медленно, имели бледнозеленую окраску и низкие декоративные качества. Хорошо росли лишь различные мхи риччия, фонтиналис. яванский мох. Во многих аквариумах бурно развивались синезеленые водоросли и "вьетнамка".
Рыбы (цихлиды. карповые. живородящие карпоэубые. лабиринтовые и др.). по-видимому, испытывали дефицит иммунитета и часто поражались микобактериозом. Часто возникали вспышки костиоза. особенно среди новых рыб. Плодовитость
таких беспроблемных рыб, как барбусы, гуппи и меченосцы, была невысокой, а отход молоди на ранних стадиях развития весьма значителен.
Внесение удобрений для аквариумных растений давало лишь небольшой кратковременный эффект, так как из-за высокой жесткости и щелочной реакции растения, по-видимому, испытывали углеродное голодание. Внесение ила из аквариумов с рыбами в аквариум с растениями не давало положительного результата.
В связи с этим я решил испытать в качестве удобрения для растений своеобразный, весьма древний (возрастом 200-250 млн. лет), включающий различные (в том числе и редкие) глинистые минералы и слюды песчаник, который был найден в одном из обнажений осадочных пород.
Начал с малонаселенного аквариума объемом 40 л. Внес в грунт немного песчаника и стал наблюдать. Через 2-3 недели водные растения (Vallisneria spiralis. Ludvigia repens. Nomaphila stricta. Ceratopteris thalictroides и Echinodorus tenelus) приобрели нормальную окраску и начали быстрее расти. При этом улучшились декоративные качества не только растений, но и аквариума в целом. Через месяц после внесения песчаника вода стала мягче и кислее (dGH = 8, рН = 7,5). Нормальное развитие растений продолжалось в течение 14 месяцев (за это время накопилось много ила. и аквариум пришлось промыть). Несмотря на полное отсутствие химических добавок, растения сильно разрослись, заполнили весь аквариум. и их приходилось неоднократно прореживать.
Решил добавить этот песчаник и в другие водоемы (42 аквариума объемом по 300 л). И здесь было замечено улучшение роста растений. Кроме этого. постепенно исчезла "вьетнамка". реже стали появляться синезеленые водоросли, существенно меньше стали болеть рыбы.
Эти опыты показали способность определенных песчаников выделять в течение длительного времени минеральные вещества в количествах, необходимых для питания и развития высших водных растений. Для абсолютного их большинства необходимо присутствие в среде около 30 химических элементов. Недостаток даже одного из них может вызвать угнетенное состояние. появление патологии и даже гибель.
Использованный мной песчаник содержит значительное количество кальция, магния, натрия. а также 30-40 микроэлементов (в том числе железо. алюминий, барий, кобальт. хром. медь. никель, ванадий. марганец, цинк и др.) и способен не только выделять, но и поглощать некоторые элементы и соединения, в частности кальций. магний, сероводород и аммоний. Видимо, они создают в воде невысокие концентрации питательных элементов, выделяя их по мере потребления растениями. Это исключает опасные изменения концентраций даже при высокой дозе внесения песчаника.
Думаю, что постепенное исчезновение "вьетнамки" связано с тем, что ее подавили растения и зеленые водоросли, которые стали нормально развиваться в среде, обогащенной микроэлементами, а снижение частоты заболеваний рыб связано с восполнением дефицита микроэлементов в воде аквариумов.
Чтобы лучше понять механизм действия "моего" песчаника, я провел ряд экспериментов.
Поместил в два 3-литровых сосуда по кусочку породы. В сосуд № 1 налил водопроводную воду (dGH 22°, рН 8,5), а в сосуд № 2 - химически обессоленную (dGH 0°. рН 4,5) и периодически измерял жесткость и кислотность. В сосуде № 1 через 3 недели жесткость стабилизировалась на уровне dGH 7°. а в сосуде № 2 через одну неделю - на уровне dGH 9°. рН воды в обоих сосудах 7.5. Результаты этого, а также многих других опытов показывают, что применяемый мною песчаник не только изменяет жесткость и кислотность воды, но и стабилизирует эти параметры: dGH на уровне 5-9° (в некоторых случаях жесткость снижалась до 4°). а рН = 7.3-7.5. Такие значения близки к оптимальным для многих тропических рыб и большинства водных растений.
Через воронку с 10-сантиметровым слоем раскрошенного песчаника я пропускал мутный торфяной настой выраженного желто-коричневого цвета. Трех-четырехкратная фильтрация привела к заметному просветлению настоя, а после 1012-кратной фильтрации он стал прозрачным со слабо-желтым оттенком. Растворы метиленовогв синего, малахитового зеленого, а также солей меди, марганца и никеля обесцвечивались после 1-2-кратной фильтрации. Вода, в которой растворили моющее средство (несколько капель "Fairy"), после пропускания через фильтр с песчаником утратила свойства образовывать устойчивую пену и растворять растительное масло: раствор спиртовой настойки йода перестал окрашивать крахмал в темно-синий цвет: вода с небольшой добавкой хлорной извести после фильтрации утратила характерный запах и привкус. Эти опыты показывают, что песчаник обладает ярко выраженной способностью поглощать гуминовые кислоты, красители, моющие вещества (детергенты), соли цветных металлов и активные окислители.
В одном из аквариумов (300 л), который освещался солнечным светом, началось цветение воды. Увеличение скорости фильтрации воды через внутренний биофильтр с наполнителем из гравия не привело к заметному осветлению воды. Но стоило к наполнителю фильтра добавить песчаник, как уже через четыре дня вода стала совершенно прозрачной. По-видимому. прекращение цветения воды было вызвано поглощением элементов, которыми питаются планктонные водоросли.
В связи с этим я решил ставить фильтры с песчаником и в другие аквариумы (28 шт. объемом по 60 л), которые освещались солнечным светом. Эти емкости использовали для нереста рыб (цихлиды, карповые. лабиринтовые), инкубации икры и выращивания мальков. Прежде через неделю после начала кормления молоди качество воды заметно ухудшалось. В течение суток после установки фильтра вода очищалась от остатков метиленовой сини. а через 2-3 суток исчезали зеленоватые оттенки и бактериальная муть. Водоросли развивались только на стенках аквариумов. При этом значительно упростилось обслуживание выростных аквариумов - два раза в неделю удаляли грязь со дна и доливали воду (около одной четверти от объема аквариума). Фильтры промывали по мере их засорения (через 2-3 месяца после установки). При этом молодь нормально росла, каких-либо отклонений в развитии не наблюдалось.
Интенсивное развитие водорослей происходит при содержании минерального фосфора в воде от 0,08 мг/л до 3.2 мг/л (Бессонов и др., 1987). Поэтому прекращение цветения воды могло произойти в результате его адсорбции содержащимися в песчанике глинистыми минералами. Для проверки этого предположения поставил еще один опыт: на дно сосуда насыпал слой песчаника толщиной 1 см и налил воду. содержащую фосфаты в количестве 0.5 мг/л. Через 4 суток концентрация фосфатов в воде снизилась до 0.1 мг/л.
Для выяснения способности песчаника поглощать соединения азота (нитраты и аммоний) мы с коллегами периодически измеряли концентрации этих веществ в аквариумах для выращивания молоди, которой давали корм с высоким содержанием белка (артемия, резаный мотыль, говяжья печень). Емкости эти оборудованы эрлифтными фильтрами, представляющими собой стеклянные банки высотой 280х210х80 мм. заполненные гравием с прослойками песчаника. Через 15 суток после установки фильтра концентрация аммония стабилизировалась на уровне 0,25 мг/л. Концентрация нитратов стабилизировалась в течение 10 суток на уровне 10 мг/л. Выборочные измерения показали, что такие концентрации аммония и нитратов сохранялись в выростных аквариумах на протяжении 2-3 месяцев, несмотря на высокую численность молоди и интенсивное кормление.
В одном из аквариумов после удаления молоди и полной замены воды концентрация аммония изменилась от 0,25 до 0 мг/л в течение 10 дней. При этом концентрация нитратов долгое время составляла 10 мг/л. То есть фильтры поглощают аммоний и нитраты, если их концентрации в воде превышают 0.25 мг/л и 10 мг/л соответственно. Если же концентрации этих соединений в воде снижаются - происходит их выделение.
Для контроля в одном выростном аквариуме установили обычный гравийный фильтр. В течение месяца концентрация аммония в этом аквариуме изменялась от 0,4 мл/л до 0,25 мг/л и обычно составляла 0,3 - 0,35 мг/л, а концентрация нитратов изменялась от 40 мг/л до 2 мг/л. Стабилизации концентраций аммония и нитратов не произошло. Однако, по-видимому. способностью стабилизировать концентрации аммония и нитратов обладает не столько сам песчаник, сколько образующийся в результате взаимодействия глинистых минералов с органическим веществом ил. В сосудах, на дно которых мы насыпали слой песчаника, четкого изменения концентраций аммония и нитратов не происходило.
Попытка активации поглотительной способности песчаника обработкой его слабой кислотой дала положительный результат. Через сутки после установки фильтра с "активированным" песчаником в аквариум со старой водой концентрация нитратов упала до нуля, а затем стала повышаться и через трое суток достигла обычного значения - 10 мг/л. Концентрация аммония в течение суток снизилась до 0.25 мг/л. При этом рН изменялась в интервалах 7,5 7.0 - 7.5. Складывается впечатление, что присутствие органики в фильтрах не подавляет, а, наоборот, активизирует способность песчаника стабилизировать концентрации аммония и нитратов. Следует отметить. что эту способность он проявляет только при избытке аммония и нитратов. В аквариумах с достаточно мощными фильтрами и с живыми растениями их концентрация была близка к нулю.
Наличие аммония в воде выростных аквариумов было обусловлено, по-видимому, недостаточной окислительной способностью фильтров.связанной с малой производительностью эрлифтных насосов. Однако благодаря присутствию песчаника с его уникальными включениями концентрация аммония стабильно удерживалась на уровне, близком к допустимому.
К тому же песчаник снижал рН. а значит и токсичность аммония. Допустимая (не токсичная) концентрация аммония в воде аквариума - до 0,2 мг/л. Концентрация нитратов 20 мг/л более безопасна для рыб (Хомченко и др.,1997).
Для выяснения способности песчаника подавлять развитие синезеленых водорослей был поставлен следующий опыт. В аквариуме объемом 500 л. который использовали для выращивания водных растений, синезеленые водоросли покрыли грунт и растения сплошной пленкой. Попытка их уничтожения с помощью соединений меди и цинка не увенчалась успехом. Смена воды и удаление избытка органики также не дали положительного результата. Тогда мы поставили в аквариум мощный фильтр с песчаником. Через две недели пленка, покрывающая грунт и растения. исчезла. Водоросли остались лишь кое-где на стенках аквариума в виде небольших пятен. При этом растения продолжали нормально развиваться. Через двадцать суток после установки фильтра жесткость составила 4°. В дальнейшем она медленно повышалась до 9° (см. график).
В периоды интенсивного фотосинтеза рН в аквариуме поднималась до 8. а при подаче углекислого газа снижалась до 6,8. Колебания жесткости и рН могли быть вызваны также и внесением минеральных удобрений, не предназначенных для водных растений.
Это показало, что определенные глинистые минералы можно успешно использовать для подавления синезеленых водорослей, а также для смягчения и подкисления больших объемов воды и поддержания этих параметров в течение длительного времени. Однако следует избегать внесения больших доз удобрений и других веществ. способных вызвать резкие изменения рН. так как песчаник медленно поглощает их избыток и нормализует концентрации с запозданием.
Проведенные мною опыты подтвердили возможность использования определенного рода песчаников в качестве источника микроэлементов, кондиционера воды, инструмента борьбы с бактериальной мутью и водорослями. поглотителя токсичных веществ и пр. В отличие от других сорбентов - активированного угля и цеолитов, песчаник обладает более широким спектром свойств. Это объясняется тем. что он является частью экосистемы древнего водоема, которую природа создавала на протяжении миллионов лет геологической и биологической эволюции. Использование песчаников в качестве добавки к грунту или наполнителю фильтра может дополнить экосистему современного аквариума. обеспечить контроль и управление основными гидрохимическими процессами и принести в него чистоту водоемов палеозойской эры.
Наверное, их можно применять и в морском аквариуме. Однако это является предметом дальнейших изысканий. Кстати, подобный песчаникам продукт грунт, аналогичный тому, что окружает коралловые рифы. получивший название Miracle Mad ("Чудесная грязь"), применяется фирмой Ecosystem aquarium (США) для создания морских рифовых аквариумов.
Я вполне осознаю, что вышеприведенные сведения носят первичный, поверхностный характер и вызывают много вопросов. Однако с уверенностью можно говорить о перспективности использования песчаников и других содержащих листовые силикаты пород. а также о целесообразности проведения дальнейших изысканий по выявлению новых свойств, совершенствованию методов использования и внедрению новых продуктов в практику декоративного рыбоводства. Вместе с тем хочу предостеречь аквариумистов от бездумного помещения в аквариум первого попавшегося грунта, даже если он и составлен песчаником. Помните о том. что каждый пласт имеет свою геологическую биографию и петрографические свойства. Может быть, мне просто повезло с "месторождением"...