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
- Киснь і вуглець в акваріумі
- Кругообіг Азоту
- Фосфати і силікати
- Кислотність води (pH)
- 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
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
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
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.
В акваріумі де багато рослин при pH = 6.6-7.4 практично амоній буде засвоєний рослинами до того, як його встигнуть асимілювати бактерії нітріфікатори. Рослини сприяють зменшенню концентрації нітратів.
Амоній [NH4 +] – це основне джерело азоту в акваріумі, він здатний знаходиться і в формі аміаку [NH3]. Аміак у свою чергу (ammonia) [NH3] украй небезпечний для риб, вже при концентрації аміаку [NH3] тільки лише 0,05% у риб з'являється хронічне ураження зябрових кришок. Яке потім може стати незворотним.
3.Фосфати і силікати
Всі форми життя на землі,
як тварини, так і рослинні містять
близько 1% фосфору від маси свого
тіла у вигляді фосфатів (РО4). Фосфор
являє собою найважливіший
Згідно пропорції Редфілда,
для здоров'я акваріумних
Одним з джерел фосфатів в акваріумі є водопровідна вода. Особливо вода у великих містах, вона містить 0,5 - 1,0 мг / л фосфатів. Але головною причиною надходження фосфатів в акваріум є тварини (рибки, равлики, креветки), а також фосфати, що надходять з кормом.
Основними проблемами фосфортизаціі акваріумної води є:
- Перенаселеність акваріума,
- Перегодовування риб (корм повинен з'їдатися за 10 хвилин),
- Недостатнє очищення води.
Для усунення надлишку фосфатів необхідно:
- Дотримувати норму посадки риб,
- Не перегодовувати тварин,
- Своєчасно видаляти
рослин, загиблих тварин.
Надійним способом видалення фосфатів є зворотний осмос, іонообмінні колонки, фільтри зі спеціальними наповнювачами. Різке зниження вмісту фосфатів може викликати очищення акваріума від водоростей.
Хімічною сполукою здатним виводити фосфати з води є оксид алюмінію (Al2O3). Крім фосфатів попутно витягуються і карбонати, що призводить до зниження лужності.
Оксид алюмінію буде також пов'язувати силікати, які використовують діатомние водорості.
Присутність у воді силікатів
(SiO2) солей кремнієвої кислоти (H2SiO3)
викликає швидке зростання діатомних
мікроводоростей, які використовують
кремній для будівництва
Розчинність силікатів у воді залежить від рН і починається з рН = 8.
Фільтрація водопровідної води через установку зворотного осмосу видаляє 90% розчинених силікатів. Іншим способом є (як і для фосфатів) застосування спеціального наповнювача в каністрових фільтрах. Це Silicfte Remover, Aquarium Pharmaceuticals та інші.
4.Кислотність води (pH)
Такий параметр як кислотність води робить великий вплив на біохімічні і біологічні процеси і має важливе значення в житті риб. В залежності від кислотності вода класифікується так:
- pH = 1-3 сильнокислотна вода;
- 3-5 кисла вода;
- 5-6 слабокисла вода;
- 7 нейтральна вода;
- 7-8 дуже слаболужна вода;
- 8-9 слаболужна вода;
- 9-10 лужна вода;
- 10-14 сильнолужна вода.
Кислотність водопровідної
води приблизно 7pH. Багато риб
цілком безболісно переносять
відхилення від нейтрального
показника (7). Це пояснюється тим,
що організм має цілий ряд
систем, що згладжують різкі коливання
pH. У процесах фотосинтезу, що
протікають на світлі, рослини
споживають вуглекислий газ,
5.Жорсткість води (dH)
Жорсткість є одним з
В залежності від
жорсткості вода
- дуже м'яку до 1,5 мг-екв / л (згідно прийнятої у нас системі стандартизації жорсткість води виражають у моль-еквівалентах іонів кальцію або магнію, що містяться в 1 л води. 1 моль-еквівалент відповідає змісту в воді 20,04 мг Ca2 + або 12,16 мг Mg 2 +.)
- м'яку 1,5-4
- середньо жорстку 4-8
- жорстку 8-12
- дуже жорстку понад 12.
Жорсткість водопроводів не повинна перевищувати 7. Щоб утримувати і розводити акваріумних риб, потрібно підтримувати певну жорсткість води. В акваріумі, де містяться риби і молюски, жорсткість води поступово знижується: кальцій витрачається на побудову раковин молюсків, він засвоюється рибами і рослинами. У порожньому акваріумі жорсткість води підвищується внаслідок постійного випаровування води, а також при переході кальцію в воду з грунту. Для пом'якшення води можна використовувати такі рослини, як роголисник і елодея. Для збільшення жорсткості можна додати у воду невеликі шматочки вапняку, крейди, мармурову крихту, черепашки, хлорид магнію і кальцію. Загальна жорсткість (dH - від англ. Вирази "Degrees of Hardeness" - "градуси жорсткості") Виміряти рівень dH. У продажі є препарати, що дозволяють швидко визначити загальну і тимчасову твердість води. Для цього в бюретку наливають певну інструкцією кількість води і капають в неї по краплях препарат, злегка похитуючи бюретку після кожної краплі. Кількість крапель, що пішло на отримання забарвлення води, колір якої зазначений в інструкції, відповідає градусам жорсткості.
Основні стандарти до вмісту хімічних речовин у воді акваріума :
Показник |
Кількість |
Вуглекислота (СО2) |
до 8мг/л |
Кислотность(pH) |
6-8 |
Загальна жорсткість (dH) |
6-12 градусів |
Вміст хлоридів |
до 2 мг Cl/л |
Окислюваність води (O2) |
8-12 мг 02/л |
Вміст азоту |
до 0,2 мг NH4 /л |
Вміст зиліза |
0 мг Fe/л |
Вміст кисню (O2) |
8-10 мг/л |
Вміст сірководню (H2S) |
0 мг/л |
Вміст сульфатів |
до 2мг SO4/л |
Температура |
24оC ± 2 |
Нітрати |
0,5 мг NO3/л |
Нітрити |
0,2 мг NO2/л |
Висновок
В акваріумі безупинно відбувається кругообіг поживних речовин, значення якого надзвичайно важливо. Хімічні та біологічні процеси у воді акваріума тісно пов'язані між собою, впливають один на одного.
Дуже велике значення для життя риб та рослин має діяльність мікроорганізмів. Вона впливає на хімічний склад води і на її газовий режим. Важливу роль відіграють рослини. Вони поглинають розчинений у воді вуглекислий газ і виділяють кисень. Крім того, рослини разом з бактеріями засвоюють різні органічні сполуки, шкідливі для риб.
В акваріумі йде постійне споживання кисню, одночасно виділяється вуглекислий газ, який, поєднуючись з водою, утворює вуглекислоту. Кисень витрачається на нормальний обмін речовин в організмі риб, а крім того, при гнитті і розкладанні залишків корму, екскрементів риб і відмирають листя рослин.
Для життя риб, рослин і мікроорганізмів необхідний і вуглекислий газ. Але якщо вміст його в воді вище певної для кожного виду риб кордону, то це позначається на них негативно,
Для нормального кругообігу газів в акваріум необхідно поміщати рослини. Ніякі повітродувні апарати, які застосовуються для підтримання кисневого балансу в воді, не можуть повністю замінити їх.
Також важливим є слідкування та регулювання жорсткості та кислотності води, вміст металів та солей, які також дуже сильно впливають на ріс і розвиток жителів акваріума.
Список використаної літератури
1. М.Д. Махлін «Подорож по акваріуму»; МОСКВА, «КОЛОС» - 1993р.
2. Л.І. Медведєв «Акваріум» Воронеж, Центрально-Чорноземне книжкове видавництво, 1989
3. Г. Алаїн, П. Бурнел, Ф. Деланой «Риби і акваріуми» Интербук-бизнес 2001р.- 325ст
4. http://zoo.rin.ru/cgi-bin/

- Кругооборот благ и доходов
- Кругооборот в макроэкономике
- Кругооборот доходов и расходов
- Кругооборот доходов и расходов в рыночной экономике
- Кругооборот доходов и расходов в рыночной экономике
- Кругооборот и оборот капитала
- Кругооборот и оборот фондов преприятия
- Круговороты в биосфере
- Круговороты веществ в природе, их типы
- Круговорот энергии в биосфере
- Круговорт воды в природе
- Круговые корпорации
- Круговые тренировки на уроках физкультуры
- Кругообіг карбону