Кругообіг хімічних елементів в акваріумі

Міністерство аграрної політики і  продовольства України

Львівський національний університет  ветеринарної медицини та біотехнологій  ім. С. З. Гжицького

 

 

Кафедра водні біоресурси

 

 

 

ІНДИВІДУАЛЬНЕ НАВЧАЛЬНО-ДОСЛІДНЕ ЗАВДАННЯ

з основ акваріумістики

на тему:“Кругообіг хімічних елементів в акваріумі”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконала:

Студентка ІІІ курсу

БТФ (ВБР) 9 підгрупи

 

 

 

 

 

Львів 2012

План

 

      Вступ

1. Киснь і вуглець в акваріумі
2. Кругообіг Азоту
3. Фосфати і силікати
4. Кислотність води (pH)
5. Жорсткість води (dH)

      Висновок

Список використаної літератури

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

Акваріум (лат. aquarium - Водоймище) - це тип віварію призначеного для утримання та розмноження водних організмів. У побуті, акваріумом називають скляну посудину призначену для утримання в домашніх умовах тропічних риб.

Розведення живності в акваріумі - популярне в світі захоплення, налічує більш ніж 60 мільйонів ентузіастів. Сучасний акваріум мало схожий на перший прототип, що з'явився близько 1850 р., і комплектується розвиненими системами фільтрації води, освітлення, підживлення і т.д..

Акваріуми зазвичай класифікуються за типом води (прісна або солона), температурним режимом (тропічний, холодний і т.д.). Ці та інші параметри  залежать від типів тварин і рослин, що живуть в акваріумах.

Основними дійовими особами в біологічній системі нашого акваріума є риби, вищі рослини, водорості, мікроорганізми і людина. Так, саме людина, яка створила і обслуговує акваріум - це один з основних його компонентів. Природно, я не маю на увазі те, що ви повинні забратися в акваріум і в ньому оселитися. Справа в тому, що акваріум не є замкнутою біологічною системою, і людина в його житті відіграє почесну і дуже відповідальну роль регулювальника. Часто від акваріумістів-любителів можна почути фразу такого типу - у мене в акваріумі все природно, як і в природі. На жаль, це абсолютно неправильно. Для того щоб розібратися в цьому, порівняємо, як йдуть справи в природі і в акваріумі.

Біологічні системи характеризуються процесами кругообігу різних хімічних елементів, їхніх сполук і енергії  між компонентами системи. Практично  всі природні системи використовують в якості початкового джерела  енергії енергію сонячного світла. Винятком є ​​кілька унікальних біологічних  систем, які підтримуються за рахунок  енергії геохімічних процесів, що відбуваються в надрах Землі. Енергія  Сонця перетвориться рослинами  в органічна речовина, що служить  джерелом харчування для інших живих  істот біологічних систем. Є декілька хімічних елементів, які відіграють першорядну роль для життя, їх прийнято називати біогенними елементами.

Найважливіші біогенні елементи - кисень, вуглець, водень, азот, фосфор, кальцій, калій, магній, натрій, сірка, фтор. Для акваріумної системи зазвичай дуже важливий кругообіг кисню, вуглецю, азоту, фосфору і рідше інших біогенів.

 

 

1.Киснь і вуглець в акваріумі

 

В акваріумі постійно відбувається обмін газів. Присутність кисню  і вуглецю в необхідних кількостях є важливим чинником для життя  риб, рослин і мікроорганізмів.

Кисень потрапляє у  воду акваріума з повітря. Завдяки  дифузії газів він у незначній  кількості проникає у верхні шари води. Щоб підсилити кругообіг  кисню, потрібно аерувать акваріумну воду. Але основними постачальниками кисню все ж є рослини.

Завдяки хлорофілу рослин з вуглекислого газу і води за допомогою  світла створюються органічні сполуки; при цьому поглинається вуглекислий  газ і виділяється кисень. Частина  кисню поглинають рослини, а велика частина йде на дихання рибам. Але при цьому рослини і  риби виділяють вуглекислий газ. Тому потрібно особливо звернути увагу  на вміст у воді цього з'єднання  вуглецю і кисню, присутність  якого в акваріумі в необхідних кількостях дуже важливо, так як вуглець  бере участь в якості головної складової  частини в побудові органічних сполук, а також у створенні риб, рослин і мікроорганізмів.

При нестачі вуглецю в  акваріумі всі живі істоти і рослини  погано розвиваються.

Дуже важливо знати, що при зміні вмісту у воді кисню  і вуглекислого газу змінюється кислотність  води (рН). При збільшенні у воді вмісту кисню і зменшенні вуглекислого газу відбувається збільшення рН, і  навпаки. Величина рН впливає на всі  біологічні і біохімічні процеси, що протікають в акваріумі, а також  визначальним чином на утримання  риб, а при їх розведенні – на процес запліднення ікри і подальший розвиток личинок і малька. Зараз відомо, що слабокисла вода при розведенні багатьох видів акваріумних риб необхідна для того, щоб в ній не відбувалося швидкого розвитку гнильних бактерій.

Слід зазначити, що при  приготуванні води для нересту потрібно користуватися тільки такий дистильованою  водою, вуглекислий газ якої знаходиться  в рівновазі з вуглекислим  газом повітря. Тільки що отримана дистильована вода містить в 10 разів більше вуглекислого газу. Показник рН такої води може бути від 5,5 і нижче. На повітрі цей  надлишок вуглекислого газу дуже повільно видаляється з води. Рівноваги  з вуглекислим газом повітря  можна досягти якщо залишити таку дистильованої воду на 1,5-2 тижні  у відкритому cocуде, (але захищеному від пилу).

За цей час весь надлишок вуглекислого газу віддалиться з  води, рН її різко підвищиться і  в залежності від чистоти дистильованої  води буде прагнути до 7.

Ось чому не можна садити риб на нерест в тільки що приготовану  дистильовану воду. У цьому питанні  зазвичай роблять помилку і терплять невдачі акваріумісти. Різка зміна  рН води риби переносять дуже болісно. Так, зменшення рН води нижче 5 і підвищення вище 7,5 більша частина акваріум них  риб не переносить: порушується дихання, обмін речовин - і риби гинуть. Потрібно знати, що в прісних стоячих водах  і в звичайній акваріумний  воді існує певна залежність між  рН води і її жорсткістю.

Як правило, якщо вода м'яка, то вона слабокисла. Це явище пояснюється  відсутністю вуглекислих солей  кальцію і магнію і присутністю  гумінових кислот. Якщо ж вода жорстка, то вона, як правило, лужна. При приготуванні води для риб акваріуміст, використовує різні способи, може створити штучно жорстку воду з низьким рН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Кругообіг Азоту

 

Кругообіг Азоту – найважливіша складова кругообігу речовин в усій природі. Азот міститься скрізь, в білках, у хлорофілі, пептидах, амінокислотах, в рибонуклеїнових кислотах, вітамінах. Без азоту немає можливості для найважливішого процесу - фотосинтезу, отримання хлорофілу, білків і відтворюванні роду.

Азот існує в атмосфері  як газ [N2] до складу якого входять два атоми азоту пов'язаних так, що дуже мала частина живих організмів може зруйнувати її, щоб засвоїти азот для своїх потреб. У воді, розчинений азот, як і всі атмосферні гази, не бере участь в обороті поживних речовин. Взамін цього азот бере участь у метаболізмі речовин у вигляді аміаку NH3.

Звідки з'являється  азот?

Ми поставляємо постійно азот з кормом в акваріум для риб. Все що містить Азот містять і білки. Вони містять близько 16% азоту. Білка зазвичай у кормі 40-50%. Риб'ячі екскременти містять 20-50% аміаку [NH3].

Побічний продукт всіх аеробних метаболічних процесів – аміак [NH3], в тому числі, метаболізм мікроскопічних організмів. Рибами він виділяється за допомогою зябер. У тому числі, його виробляють гриби і навіть бактерії. Аміак, в тому числі виходить і при розкладанні. Вся жива матерія яка розкладається – залишки корму, риб'ячі екскременти, тканини гниючих рослин, інші органічні залишки містять білки і вони розкладаються в субстраті бактеріями з виділенням аміаку [NH3], який потім окислюється (при pH <7) до амонію [NH4 +].

Кругообіг Азоту в акваріумі  це - нітрифікація і денітрифікація.

Аміаку NH3 перетворюється в → в свою чергу нітрит NO2 в → нітрат NO3 це називається нітрифікація.

Перетворення в зворотному порядку нітрат → нітрит → азот - процес денітрифікації.

В основному, ці процеси відбуваються в субстраті акваріума і біологічному фільтрі.

Нітрифікація

Спочатку, гетеротрофні бактерії перетворюють білки в пептиди та амінокислоти. Інші види цих гетеротрофних бактерій перетворюють у аміни амінокислоти, які потім переходять в органічні кислоти, і в підсумку в амоній [NH4+]. Білки переводяться, розкладаються гетеротрофними бактеріями до амонію [NH4+] і потім нітриту, а потім автотрофними бактеріями до нітриту [NO2-] по ось такій формулі:

амоній [NH4 +] + [1.5O2] → нітрит [NO2-] + [2H +] + [H2O] + енергія

Такий унікальний окислювальний  процес можливий лише бактеріями. Вони використовують звільнену енергію для життєдіяльності своїх організмів. З рівняння видно, як для цього процесу необхідно багато кисню. Для того, щоб всього лише один міліграм амонію [NH4 +] перекласти, окислити до нітритів потрібно 2,6 мг кисню. Для окислення, перетворення, 1 мг нітритів у нітрати буде потрібно 0,35 мг кисню, і така хімічна реакція відбувається набагато лекші.

Потім нітрифікуючі аеробні  бактерії Nitrospira moscoviensis і Nitrospira marina переводять, окислюють нітрити [NO2] до набагато менш токсичних нітратів [NO3].

нітрит [NO2-] + [0.5O2] --------------> нітрат [NO3-]

Нітрифікуючі бактерії, окислюють аміак залежно від температури та рівня О2 в акваріумі. Чим більше температура – тим відповідно вище частка токсичного аміаку [NH3]. При 28ºС, практично в два рази більше, цього самого токсичного аміаку [NH3] ніж при 22 (при рівному pH мається на увазі).

Із двох цих рівнянь  видно, що нітрифікація протікає лише в середовищі (воді) насиченої киснем. Але це лише одна аеробна частина процесу кругообігу азоту. В умовах акваріума цикл метаболізму, обміну речовин, закінчується на цьому. Велика частина нітрату засвоюється рослинами для своєї життєдіяльності, а інша частина виводиться періодичними підмінами. Так само є інша частина: анаеробний процес (без кисню) - денітрифікація. У хорошому, здоровому акваріумі з достатнім грунтом і необхідній кількості зростаючих рослин така анаеробність можлива тільки лише на невеликих ділянках глибоко в грунті.

Денітрифікація

Денітрифікація: перетворення мікробами (Pseudomonas spp.) нітрату [NO3] до азоту в газоподібній формі [N2], і в малому ступені оксиду азоту [N2O], які вивільняються в атмосферу. Догляд оксиду азоту [N2O] викликає переживання з приводу впливу на шар озону атмосфери. Денітрифікація можлива лише в анаеробних, з недостатнім рівнем кисню ділянках субстрату під поверхнею.

Утворилися в процесі  нітрифікації нітрати [NO3] зовсім не є  останнім продуктом перетворення аміаку [NH3]. Їх засвоюють анаеробні, денітрифікуючі бактерії для витягання О2. Деяка  частина нітратів перетворюється бактеріями анаеробами назад в нітрити, а  ті засвоюються денітрифікуючими анаеробами, окислюючись вже потім до азоту.

нітрати [NO3] → нітрити [NO2] → газоподібний азот [N2]

У верхньому шарі субстрату  акваріума, де досить багато кисню, живуть аеробні бактерії які перетворюють амоній [NH4 +] в нітрат [NO3. Але, на кілька сантиметрів глибше вже не вистачає кисню для нітрифікації. Тут розвиваються інші бактерії - анаеробні, безкисневі.

У внутрішніх фільтрах денітрифікація зараз неможлива. Цей процес доступний  лише за відсутності кисню в спеціальних  денітріфікаторах.

Співвідношення різних бактеріальних  культур в грунті.

У субстраті живуть штами  багатьох бактерій. В залежності від рівня кисню у воді переважають ті чи інші види. Аероби не тільки постачають для корму нітрат анаеробам, але і завдяки споживанню великої кількості кисню створюють умови помірної анаеробності. Виникає вигідний симбіоз двох видів бактерій які живуть в декількох сантиметрах верхнього шару грунту (тому небажано в акваріумі з живими рослинами ворушити зайвий раз субстрат). Анаероби розкладають нітрат до оксиду азоту в газоподібній формі [NO] - нешкідливого по суті газу. Він розчиниться у воді акваріума, а потім піде в атмосферу, завершуючи цикл кругообіг азоту.

Доставляти кисень в субстрат, здатні коріння рослин запобігаючи  повну анаеробність. У грунті з великого гравію анаеробних умов взагалі не можна створити.

Конкурентна боротьба за амоній в акваріумі з живими рослинами.

Тести лабароторій виявили, що рослини і водорості не здатні засвоювати нітрат поки є токсичний амоній (0,02 мг / л). Не потрібно переживати про повну нітрифікації, так в акваріумі з достатньою кількістю рослин, будь-яка конкуренція за азот (у складі амонію) буде шкодити зростанню рослин. Занадто активне перетворення амонію [NH4 +] бактеріями в нітрит [NO2] забирає основне живлення рослин - азот.

Вирішальну роль у нітрифікації відіграє рівень pH: активніше цей  процес проходить при pH більше 7,2 а  максимуму і досягається при pH = 8,3. При pH менше ніж 7,0 інтенсивність  процесу нітрифікації становить  порядку 50%, при pH = 6,5 тільки лише 30%. Таким  чином виходить, що в акваріумі  з живими рослинами, де pH = 6.8-7.2, створюються  відповідні умови для засвоєння  амонію [NH4 +] саме самими рослинами, а  не бактеріями нітріфікатори нитрифікуючі у фільтрі і субстраті.