• Welcome to Българска Аквариумна Енциклопедия. Please login or sign up.
 
19.01.2022 19:03

Промяна новините на форума:

Ако все още не сте се запознали с правилата на форума, моля, направете го!


  • Killiman Ltd
  • Професионална поддръжка на аквариуми

CO2 в аквариум с растения (The Aquatic Gardener, Tropica)

Започната от evgeni200, 23.12.2013 18:11

« назад - напред »

0 Потребители и 1 Гост преглежда(т) тази тема.

evgeni200

CO2 в аквариум с растения (The Aquatic Gardener, Tropica)

Превод на статия - CO2 in planted aquaria.
Автори : Оле Педерсен (Ole Pedersen), Троелс Андерсен (Troels Andersen) и Клаус Кристенсен (Claus Christensen).
Тази статия е публикувана за първи път в списание The Aquatic Gardener 2007 том. 20 (3) стр. 24-33
Публикува се според условията на Tropica за свободно и некомерсиално използване.
Превод – ©Руслан Иванюшин (a.k.a. naman) 2007.
Превод от руски : evgeni200

CO2 без всякакво съмнение е най - важния от всички хранителни източници. Без достатъчно количество СО2 растенията не могат да фотосинтезират и преобразуват неорганичния въглерод в богати на енергия захари и всички останали молекули изграждащи растенията. Може да изглежда странно разглеждането на СО2 като източник на храна за растенията. При отглеждане на сухоземни растения хранителните източници са вода, торове, светлина, но никога не се добавя СО2.

Как СО2 се използва от растенията, как да добавим СО2 и колко е нужно?

Фотосинтезата като функция на концентрацията на СО2.
При много ниска концентрация на СО2 общата фотосинтеза има негативен баланс. Точката на компенсация СО2 (CO2 compensation point)  се определя като точка в която фотосинтезата е равна на нула. При повишаващи се и високи концентрации на СО2 фото синтезата се засилва и започват да лимитират и други фактори освен СО2.
https://aquariumbg.com/forum/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fs27.postimg.cc%2Frrnnpyjz7%2Fco2_vs_p_large.jpg&hash=5ebb2775e1b7d33dea417ceeb509894ebde388ca

СО2 - най - важният хранителен източник за растенията.

СО2 без съмнение е важен хранителен източник за растенията защото без него фотосинтезата е невъзможна, която довежда до формирането на нови листа и корени. Фотосинтеза е процес който протича само в организми, които използват светлината като източник на енергия. При процеса фотосинтеза СО2 , Н2О и светлина се образуват богати на енергия захари C6H12O6 и кислород О2.
Когато един от трите важни компоненти за процеса фотосинтеза е недостатъчно самият процес не протича. Това изглежда странно понеже някои хора подържат аквариуми с растения без допълнително подаване на СО2.
В биосистемите СО2 се отделя при процеса дишане. Може да се каже дори, че дишането е противоположен процес на фотосинтезата. При дишането се освобождава енергия при преобразуването на захари в СО2 и вода. Водните растения също дишат прeз целите 24 часа от деня. През светлата част болшинството водни растения използват много повече органичен въглерод в процеса фотосинтеза, отколкото отделят при процеса дишане. Нощем няма фотосинтеза поради липсата на светлина, затова доминира дишането и се отделя единствено СО2.

H2O + CO2 <->* H2CO3 <-> H+ + HCO3- <-> H+ + CO32-

Когато СО2 се разтваря във вода, съгласно уравнението се образува равновесие между въглена киселина H2CO3, бикарбонати HCO3-  и карбонати CO32- .

От законите на химията следва, че СО2 използвайки се при фотосинтеза ще се повиши рН защото от разтвора се отнемат протони. Протони се отнемат защото равновесието се стреми в лява посока, когато СО2 се попълва от (HCO3-) и (CO32-). Отметката * обозначава, че този процес стимулира carbonic anhydrase, ензим образуван в процеса на еволюция при растенията. Нощем когато доминира дишането рН се понижава от образуването на протони и СО2 постоянно се добавя в лявата част на уравнението.

https://aquariumbg.com/forum/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fs15.postimg.cc%2Fivcpc1ybv%2Fp_H_vs_co2.jpg&hash=5b2512b1cb4019f5cfa29308a254baf719c8adfe

СО2 като функция на рН:

При ниско рН голяма част от въглерода присъства под формата на СО2
При неутрално рН голяма част от въглерода присъства под формата на бикарбонати
При високо рН голяма част от въглерода е под формата на карбонати

Сборът на карбоната и бикарбоната се нарича карбонатна твърдост и се измерва в градуси (dKH).

Формула на фотосинтеза:  6CO2 + 12H2O -> 6C6H12O6 + 6 O2

Формулата е много опростена, като самия процес преминава през няколко химични цикъла. Подробното разглеждане на процеса не е тема на дадената статия. Важно е да се отбележи, че процеса изисква светлинна енергия и протича само в светлата част.

Състав на водата и СО2

Разтворимостта на СО2 е голяма и той лесно се разтваря във вода. Разтворимостта е почти 1 : 1, което означава, че литър вода може да поеме литър СО2. Когато СО2 се разтваря във вода образува равновесие между  въглена киселина (H2CO3), бикарбонати (HCO3-) и карбонати (CO32-). Балансът между всички много зависи от рН. При ниско рН доминира СО2, а бикарбонати и карбонати практически почти няма. При неутрално рН доминира бикарбоната над другите две форми на въглерода. Когато рН е високо доминира карбоната. Тези фактори ни помагат да получим желаната концентрация на СО2 използвайки рН което ни устройва.

Вода наситена с достатъчно СО2 за растенията кара растенията да отделят голямо количество кислород под формата на балончета.
Снимка на Riccia fluitans покрита с хиляди балончета:
https://aquariumbg.com/forum/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fs21.postimg.cc%2Fqkwp6j8l3%2Friccia_large.jpg&hash=06dcbbad06e299ddc5f123121c327ad0ee778e27

Използване от водните растения на СО2.

Всички водни растения използват СО2 непосредствено от водата. Сухоземните растения усвояват СО2 от въздуха посредством устица. Водните растения нямат устица, следователно когато консумират СО2 става чрез пасивна дифузия от водата. При водните растения дори клетките на епидермиса съдържат хлоропласти намалявайки по - този начин пътя, който трябва да премине СО2.
Във водата потреблението на СО2 е ограничено от ниската скорост на дифузията. Дифузията на газове във водата е почти 10.000 по-малка отколкото във въздуха. Можем частично да компенсираме слабата дифузия, като повишим съдържанието на СО2. В идеалния случай можем да повишим до 100 пъти концентрацията на СО2 след установеното равновесие между въздуха и водата. Въпреки повишаването растенията ще бъдат лимитирани от ниската скорост на дифузия на газове във водата.

Взаимодействие с другите хранителни вещества и светлината.

Голямо подаване на СО2 може да помогне на растенията да съхранят други важни хранителни вещества, когато СО2 е много растенията растат добре и при по - ниска интензивност на осветление. Този феномен е описан в TAG 2001, когато е използвана подводна форма на Riccia fluitans. Изследването показва, че повишена концентрация на СО2 може да подържа висок темп на растеж при намалена интензивност на осветление и намален азот.

Друг аспект на взаимодействие между СО2 и хранителните вещества е, че тяхната концентрация може да бъде намалена при повишено СО2. Високите нива на СО2 позволяват на растенията да използва по - малко азот за Rubisco, който се явавя най - разпространения ензим за растенията. Rubisco е катализатор на първия етап от цикъла на Келвин когато СО2 се свързва с Ribulose-1,5-bisphosphate. Всички ензими се състоят от протеини съдържащи много азот. Следователно при висока концентрация на СО2 ще бъдат неоходими по - малко ензими и протеините ще могат да се използват за други процеси по образуване на биомаса.

Littorella uniflora отгледана при висока и ниска концентрация на СО2:

https://aquariumbg.com/forum/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fs22.postimg.cc%2Fphmrzouo1%2Flittorella_large.jpg&hash=c9ffe6786cc25707e5a12d6867dad51d260d7864

Растенията отгледани при висока концентрация на СО2 са по - едри, като хранителните вещества и на двете места са еднакви.

Контрол на СО2

За наблюдаване и подържане на оптимална концентрация на СО2 се препоръчва дроп чекер. Като индикатор се използва - bromothymol blue, който винаги трябва да е в зелен цвят, ако концентрацията на СО2 е в нужния диапазон. Устройството не показва концентрацията на СО2 а рН.

Методи за подаване на СО2:

Ферментационен метод - основава се на свойството на дрождите при отсъствие на кислорода да ферментират захари:

http://aquariumbg.com/statii.php?statia=48

Някои водни растения могат да използват бикарбонат (HCO3-), ако е недостатъчно СО2. Във вода с достатъчна карбонатна твърдост - бикарбонат (HCO3-) присъства в големи количества при рН от 7 до 10. От друга страна, когато е рН над 8 газообразен СО2 е много малко независимо от карбонатната твърдост, по - този начин растения, които могат да използват бикарбонати са по - конкурентни в средата от растения можещи да използват единствено СО2. Използването на бикарбонати от водните растения е сложен процес. Модел по - който протича процеса е предложен от Prins и Elzenga (1989) за растения използващи бикарбонат е, че те имат поляризирани листа. При тези растения протони излизат от долната страна на листа (abaxial side), което довежда до много ниско рН около 4, бикарбоната се преобразува в СО2 и се използва за фотосинтеза. Отрицателния заряд в форма hydroxil ions се отделя от повърхностния слой (abaxial side), където рН се повишава до 10. Понякога високото рН довежда до отлагане  по повърхността на листа на калциев карбонат .

Анибуас покрит с калциев карбонат:

https://aquariumbg.com/forum/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fs30.postimg.cc%2F9pls0w4ht%2Fcalciumcarbonate.jpg&hash=674938d0880b575ea96d2851dc747e1af6550630

Растения използващи бикарбонат са Elodea canadensis, Egeria densa и болшинството стеблени бързорастящи растения.

Други растения използващи бикарбонат нямат поляризирани листа, например Vallisneria. Тези растения използват бикарбонат чрез листата притегляйки йони и преобразуват тях в СО2 вътре в листата.
Назависимо от начина на потребление на бикарбонат е енергоемък процес и дори ефективните потребители на бикарбонат не произвеждат ензими, ако не са нужни за неговото потребление. В среда с изобилие на СО2 растенията не могат да използват бикарбонат, докато не преминат адаптация в среда с ниско СО2 и не произведат съответните ензими. Един от най - важните ензими е carbonic anhydrase.

Графика показваща използването на бикарбонат на поляризирани листа:

https://aquariumbg.com/forum/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fs29.postimg.cc%2Fgvfd8u9br%2Fbicarbonate.jpg&hash=66ca9530d0fd07542edff0240ec334eed42cd3bd

Система под налягане за СО2 - газообразният СО2 се пълни в бутилка под налягане в течна форма и налягане около 58 bar.

http://aquariumbg.com/statii.php

Защо е нужен СО2 в аквариум с растения?

- СО2 е един от трите компоненти на фотосинтезата. Без СО2 растенията не могат да фотосинтезират, следователно е важен хранителен елемент.
- При фотосинтеза СО2 се фиксира в богати на енергия органични съединения, които се използват за подържане на метаболизма. Някои органични съединения се използват за растеж, следователно СО2 е нужен на растенията за формирането на нови листа и корени.

Наличен ли е СО2 до започване неговото подаване в аквариума?

- СО2 винаги присъства в аквариума, но неговата концентрация е много ниска, което ограничава растежа.
- Нивото на СО2 ще бъде максимално преди включването на осветлението и най - ниско в края на периода на светене.

Препоръчителна концентрация на СО2 :

- Без допълнително подаване на СО2 концентрацията обикновенно е 5 мг/л
- Препоръчителна концентрация е в границите 15/30 мг/л
- СО2 сам по себе си влияе на рН. Колкото повече е СО2 във водата - рН се понижава.Водните растения добре понасят рН до 6, като риби и други обитатели могат да бъдат по - чувствителни.

Таблицата показва съотношението между  (dKH) и pH. Цифрите показват концентрацията на СО2 в мг/л:

https://aquariumbg.com/forum/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fs13.postimg.cc%2Fi1h1d8t2v%2Fco2table_1.jpg&hash=c7862d5a29ac37429514b3943a6af5cec22d1561

Заключение

СО2 без никакво съмнение се явява от най - важните хранителни вещества за растенията и именно в разумни концентрации трябва да присъства в аквариума. В общия случай СО2 получен от дишането на рибите и растенията е недостатъчен за подържане на стабилна фотосинтеза. Отглеждането на по - сложни и взискателни растения ще изиска някакъв метод за подаване на СО2. Препоръчителни стойности за растителен аквариум са 15/30 мг/л. Ниво над 30 мг/л може да има негативен ефект върху риби и други обитатели на аквариума.

Литература:
Bowes G (1987) Aquatic plant photosynthesis: strategies that enhance carbon gain. In RMM Crawford (ed) Plant life in amphibious habitats, pp 99-112
Madsen TV & Sand-Jensen K (1991) Photosynthetic carbon assimilation in aquatic macrophytes. Aquatic Botany 41: 5-40
Prins HBA & Elzenga JTM (1989) Bicarbonate utilization: function and mechanism. Aquatic Botany 34: 59-83.


Similar topics (4)

34218

Публикации: 7
Прегледи: 4900

43336

Започната от pqko


Публикации: 3
Прегледи: 2906

20557

Публикации: 10
Прегледи: 11177

50321

Публикации: 34
Прегледи: 10319