Секреты аквариумного рыбоводства: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Жизнь гидробионтов в водной среде обитания существенно отличается от жизни живых существ в привычной нам воздушной среде. В водной среде обитания существуют такие лимитирующие экологические факторы, с которыми живые существа в воздушной среде не сталкиваются. Одним из них является активная реакция воды. В морской воде показатели этой реакции достаточно стабильны, в пресной — сильно варьируют в зависимости от сезона года и времени суток; они различны и в разных слоях воды.

Что же такое активная реакция воды? Химическая формула воды, как известно, Н2О, ее молекула состоит из двух атомов водорода и одного кислорода. Часть молекул воды под влиянием слабого электричества распадается на ионы; весь процесс называется диссоциацией. На такие же ионы распадаются соли, кислоты и щелочи, растворенные в воде. Ионы воды обозначаются H⁺ (свободные водородные ионы) и ОН- (гидроксильная группа). Когда содержание и тех и других в воде равно, говорят, что вода имеет нейтральную реакцию. В такой воде диссоциирует одна молекула на каждые 10 000 000, а эту цифру можно выразить как десять в седьмой степени 10-7 (и тех и других ионов соответственно будет 10^-7 Н+ х 10^-7 ОН- =10^-14). В качестве показателя активной реакции воды будет десятичный логарифм показателя ионов с обратным знаком. Нейтральному показателю будет соответствовать (по иону водорода Н+ цифра 7, называемая водородным показателем и обозначаемая латинскими буквами рН.

Шкала показателей рН представляет собой прямую линию от 0 до 14, где уже известный нам показатель рН 7 находится строго посередине. Влево от него идут кислые воды (слабокислая — кислая — сильнокислая), вправо — щелочные (слабощелочная — щелочная — сильнощелочная). У морской воды рН 8,1–8, 3; у пресной воды колебания сильнее, но вся шкала в биохимии все же не нужна. Жизнь в воде возможна в пределах рН 3, 5—10, 5. Иногда водные растения подщелачивают (из-за усиленного процесса фотосинтеза) поверхностные слои до рН 11, при этом подвижные гидробионты уходят в нижние слои воды, где этот показатель значительно ниже. Перемешивание слоев воды в природных водоемах (легкий ветерок даже в самых стоячих из них) сравнительно быстро уравнивает рН разных слоев. В аквариуме без вертикального вращения воды (от аэраторов и фильтра) от высокого показателя рН в верхних слоях может начаться разрушение тканей растений. Практически в большинстве случаев показатели рН колеблются в пределах 6, 5–8, 5; в давно не чищенных, загрязненных аквариумах у дна может быть и рН 5, 4.

Показатель рН крайне подвижен, причем тем более, чем мягче вода. Он зависит от температуры воды, жизнедеятельности растений (следовательно, от освещения), степени подвижности воды в водоеме. В аквариуме этот показатель постоянно меняется и судить о нем можно только приблизительно. В течение суток рН может колебаться на 2 единицы и более, поэтому смешно читать в иных аквариумных пособиях: «Этим рыбам необходим рН 6,0–6, 3» — такую точность можно получить разве только в маленькой нерестовой банке без растений, но и в этом случае нельзя гарантировать, что показатель, замеренный, допустим, утром, сохранится в полдень, вечером и ночью. В аквариуме с водными растениями такая стабильность рН полностью исключена.

Последим, как меняется рН в аквариумной воде в течение суток. В процессе дыхания гидробионтов поглощается кислород, окисляются углеводы, выделяется углекислый газ И образуется энергия, используемая для жизнедеятельности. В химической формуле этот процесс будет выглядеть так:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + химическая энергия.

Поступление в воду углекислого газа вызывает ее подкисление. Значит, все гидробионты своим дыханием способствуют снижению показателя рН. Особенно заметно это снижение ночью, когда растения не поглощают углекислоту. Днем, во время световой фазы фотосинтеза, активность потребления углекислоты растениями заметно возрастает. В химической формуле это выглядит так: 6СО₂+ 6Н₂О+ солнечная энергия=С₆Н₁₂О₆+ 60₂. Образуются углеводы и свободный кислород. Поглощение СО₂ растениями при хорошем освещении может идти столь активно, что поступление углекислоты, выдыхаемой теми же растениями и другими обитателями аквариума, не компенсирует потери, что вызывает повышение рН.

Значит, ночью рН в аквариуме перемещается по шкале показателей в кислую сторону, а днем — в щелочную. Компенсировать такие сдвиги рН можно двумя путями:

1. Устоявшуюся аквариумную воду опытные аквариумисты не меняют всю, а лишь регулярно подменивают ее часть. Вода, доливаемая взамен испарившейся, препятствует колебаниям рН, но имеет постоянную тенденцию к снижению этого показателя. Там, где вода достаточно жесткая, этой проблемы практически не существует.

2. Постоянно проводят аэрацию аквариума: из пузырьков подаваемого в воду воздуха регулярно пополняется запас СО₂ в воде.

Особенно резко изменяются показатели рН в течение суток по слоям воды, если ее постоянно не перемешивать. В верхних слоях во время интенсивного фотосинтеза растений рН может подняться до 10–11, при этом у дна он сохранится стабильным (допустим, около 6, 6), а в средних слоях будет колебаться от 6, 5 (ночью) до 7–8 (днем). Суточные колебания рН в 1, 5–2 единицы большинство гидробионтов еще могут выдержать, но колебания 6, 5— 11 днем для живого организма опасны. При рН 10–11 рыбы опускаются в нижние слои, а растения, породившие такое подщелачивание воды, начнут разрушаться в приповерхностных слоях.

Колебание показателя рН зависит и от температуры воды: с повышением температуры он снижается. Например, если замерять показатель при 0 °C, нейтральной следует считать уже воду не с рН 7, а с рН 7, 97 (почти 8), значит вода, имеющая рН 7 при 0 °C, уже будет слабокислая.

В зависимости от отношения к концентрациям водородных и гидроксильных ионов все гидробионты подразделяются на стеноионные (выдерживающие незначительные колебания) и эвриионные (способные переносить большие колебания). В гидробиологической литературе к первым относят тех, которые выдерживают колебания до 5–6 единиц. В аквариумной практике таких не так уж много, например, из растений — элодея, роголистник. Криптокорины, апоногетоны выдерживают плавные и регулярные колебания в 1–2 единицы, такие же колебания допустимы для большинства рыб, а виды, подобные дискусу, еще более стеноионны. Для обитателей аквариума существуют определенные, так называемые рН-барьеры, выход за пределы которых как влево по шкале (в кислую сторону), так и вправо (в щелочную) недопустим. Недопустимо и перемещение обитателей аквариума из одной воды в другую при разнице их показателей рН больше чем на 0, 8–1, так как могут возникнуть шок у рыб, быстрое или постепенное разрушение тканей растений.

Что же происходит с гидробионтами, когда показатель рН приближается к цифрам барьера? Изменения уловить трудно, но знать о них необходимо.

У растений наблюдается то явление, которое аквариумисты, не вдаваясь в его суть, назвали несовместимостью. Однако практически несовместимых растений в наших аквариумах нет, а есть растения с разными рН-барьерами. Например, кабомба при повышении рН до 8 останавливает фотосинтетическую деятельность, валлиснерия продолжает ее до 10, а элодея и до 11. Ясно, что «голодающая» кабомба сначала остановит рост верхушечных стеблей, а затем будет сбрасывать листья. Постепенно и у валлиснерии начнут разрушаться концы листьев возле поверхности, степень подщелачивания верхних слоев воды элодеей для этих двух видов окажется непереносимым ежедневным испытанием. Более сложные растения потому и сложны в содержании, что у них нижний и верхний рН-барьеры незначительно отстоят друг от Друга — ведь в текучих водах у них на родине нет таких Скачков рН, какие происходят в аквариумах с неподвижной водой.

Снижение показателя рН воды повышает у рыб аппетит. Но радоваться этому не имеет смысла: аппетит вызван резким уменьшением усвояемости пищи, сокращением использования питательных веществ на рост, увеличением энергетических затрат. Некоторые рыбы (например, барбусы) начинают чесаться о грунт и камни, дискогнаты теряют ориентировку И гибнут, ряд сомов погибают от дистрофии при активном Потреблении корма. Ухудшается у рыб и захват кровью кислорода, частота дыхания увеличивается, но появляются признаки удушья. Снижение показателя рН воды для многих тропических рыб служит стимулом к нересту — именно эти цифры и проставляют обычно для расбор, харацинид и других видов. Но держать их в подкисленной воде постоянно нецелесообразно, тем более выращивать молодь.

Наиболее подходящая вода для большинства обитателей аквариума должна иметь колебания рН около 7. Это достигается главным образом правильным уходом за аквариумом, регулярной сменой части воды, постоянным принудительным движением ее, чистотой водоема.

Жизнь в водной среде зависит не только от ее активной реакции (показатель рН), но и от окислительно-восстановительного потенциала, или редокс-потенциала. Редокс-потенциал стимулирует или тормозит рост и развитие водных организмов. Говоря о растворенных в воде газах, мы имеем в виду молекулярный кислород, содержащий два атома этого газа (именно молекулярный кислород захватывается гемоглобином крови при дыхании животных, усваивается в процессе дыхания и выделяется в световой фазе фотосинтеза растениями), при изучении роли редокс-потенциала — атомарный кислород.

Слово редокс образовано от двух слов — редукция (восстановление) и оксидация (окисление). Редукцией будет процесс выделения кислорода или поглощения водорода, оксидацией — процесс поглощения кислорода.

Во время окислительных или восстановительных реакций изменяется электрический потенциал окисляемого или восстанавливаемого вещества: одно вещество, отдавая свои электроны и заряжаясь положительно, окисляется, другое, приобретая электроны и заряжаясь отрицательно, — восстанавливается. Разность электрических потенциалов между ними и есть редокс-потенциал. При измерениях (в электрохимии) величина этой разности обозначается как Eh и выражается в милливольтах. Чем выше концентрация компонентов, способных к окислению, к концентрации компонентов, могущих восстанавливаться, тем выше показатель редокс-потенциала. Такие вещества, как кислород и хлор, стремятся к принятию электронов и имеют высокий электрический потенциал, следовательно, окислителем может быть не только кислород, но и другие вещества (в частности, хлор), а вещества типа водорода, наоборот, охотно отдают электроны и имеют низкий электрический потенциал. Наибольшей окислительной способностью обладает кислород, а восстановительном — водород, но между ними располагаются и другие вещества, присутствующие в воде и менее интенсивно выполняющие роль либо окислителей, либо восстановителей.

Таким образом, в водной среде постоянно происходят как окислительные, так и восстановительные реакции, не видимые глазу аквариумиста. В процессы окисления сразу после оборудования комнатного водоема включаются неорганические вещества. Заселение аквариума растениями и рыбами, другими животными усиливает окислительные процессы. В них включаются погибшие части корней и листьев, выделения животных, массовое появление, а затем гибель бактерий, поэтому в только что устроенном аквариуме высокий редокс-потенциал. Затем из круга окисляемых веществ выпадают в основном неорганические вещества — их доля в окислении в дальнейшем будет незначительна. Количество включаемых в процессы окисления органических веществ тоже стабилизируется (не отмирают поврежденные при посадке части растений, стабилизируется постоянное количество бактерий в грунте и фильтре), и редокс-потенциал снижается. Он может резко возрасти в результате экологической катастрофы, которую претерпевает среда обитания в аквариуме из-за неумелых действий любителя. К ним можно отнести резкую смену воды, слишком большую долю добавленной водопроводной воды, которая усиливает отмирание частей растений, вызывает массовую гибель бактерий. Резко повышает редокс-потенциал «цветение» воды. В целом показатель этого потенциала за годы существования аквариума имеет тенденцию к снижению — в старом аквариуме со «старой» водой и заиленным грунтом активнее протекают процессы восстановления.

В биохимии, в отличие от электрохимии, величины редокс-потенциала выражаются не в милливольтах, а в условных единицах rH (reduktion Hydroqenii). Существуют специальные таблицы перевода результатов, измеренных с помощью прибора в милливольтах, в условные единицы rH. Шкала условных единиц содержит 42 деления,0 означает чистый водород, 42 — чистый кислород. Естественно, что вблизи этих! показателей жизнь невозможна. В пресных водоемах зона, пригодная для жизни, лежит между 25 и 35 единицами. В аквариуме она меньше — между 26 и 32 единицами. Некоторые растения выдерживают несколько меньший показатель rH (например, для криптокорины—25, 6), самый высокий уровень выдерживает гетерантера — 32.

Отношения рН и rH тесно взаимосвязаны. Окислительные процессы понижают показатель активной реакции воды (чем выше показатель rH, тем ниже рН), восстановительные — способствуют повышению рН. В свою очередь, показатель рН влияет на величину rH. Так, бурный процесс фотосинтеза изменяет величину rH в зарослях таких растений, как элодея и кабомба, способных при фотосинтезе добывать СО2 из бикарбонатов: в результате выделяется ион ОН-, подщелачивающий воду, и показатель rH снижается; при этом в других зонах аквариума он может оставаться неизменным. Следует отметить также, что величина rH в верхних слоях воды обычно выше, в нижних — ниже. Поскольку показатели рН колеблются в течение суток, изменяется и величина rH. Она зависит также и от температуры воды.

Показатели редокс-нотенциала измеряют сложными приборами с платиновыми электродами, пока недоступными аквариумистам. При этом определяются давление газа, концентрация восстановленной формы водорода.

Как же получить представление о величине редокс-потенциала, если определить ее практически нечем? Своеобразными индикаторами, позволяющими косвенно судить о показателях редокс-потенциала, служат растения. Так, разрастание сине-зеленых водорослей свидетельствует о высоком rH; высокий, хотя и несколько ниже, показатель rH способствует бурному росту зеленых водорослей. Большинство аквариумных цветковых растений развивается при 29–30 rH. Апоногетоны обильно цветут при 30, 2—30, 6 rH, а уже при 31 сбрасывают листья. При этом же показателе редокс-потенциала заболевают и останавливают рост эхинодорусы, а выше 31 апоногетоны и эхинодорусы теряют корневища. Криптокорины, наоборот, благоденствуют при rH 26–29, более высокий показатель ведет к их гибели, уже при 29 они перестают размножаться вегетативно.

Редокс-потенциал, как было сказано выше, более низок в придонных слоях воды. У поверхности грунта он больше, чем в самом грунте, если песок в аквариуме сильно слежался. По существу, именно грунт является «кухней погоды», определяющей суммарный показатель редокс-потенциала в аквариуме: чем больше скапливается в грунте веществ, имеющих тенденцию к отдаче электронов, тем более снижается rH. Для здоровья аквариума, продления благополучия водной среды необходимо поддерживать в нем чистоту, периодически промывать грунт.

Пресные воды сильно отличаются по жесткости. Этот показатель определяется присутствием в воде ионов кальция и магния, причем безразлично, в каких соединениях эти вещества находятся. Количество кальция и магния зависит от типа окружающих водоем почв, от площади водосбора, сезона, погоды, времени суток Естественно, что вода, взятая из водоемов, в разных районах мира существенно отличается по жесткости. В прозрачной воде притока Амазонки Рио-Тапажос в одном литре содержится 1, 48 мг ионов кальция,0,12— магния. В «черной» воде Рио-Негро — 1, 88 мг кальция, а магния нет. В Амазонке после слияния основных притоков — соответственно 7, 76 и 0,12. В Неве ионов кальция 8,0 мг, в Ниле —15, 8, в Москве-реке — 61, 5, в Волге у Саратова — 80, 4 мг.

Ионы кальция и магния имеют знак «+» и обозначаются как Са++, Mg++; они называются катионами и связаны с различными анионами, имеющими знак «—». Если катионы связаны с анионами угольной кислоты, говорят о карбонатной жесткости воды, если с анионами хлора, соединений серы, азота, кремния, фосфора и т. д. — о некарбонатной жесткости. Сумма всех анионов определяет общую жесткость. Например, Рио-Тапажос имеет общую жесткость 0, 3–0, 8, а карбонатную 0–0, 3, Рио-Негро—0,1 и 0–0,1, Амазонка— 0, 6–1, 2 и 0, 2–0, 4, Нева — 0, 5 и 0, 5, Москва-река — 4, 2 и 4,1, Волга — 5, 9 и 3, 5.

Общая жесткость воды определяется постоянной и временной, или устранимой. Последнюю можно уменьшить, например кипячением воды; колеблется она и в зависимости от жизнедеятельности растений. С устранением временной жесткости снижается и общая жесткость воды. В гидрохимии жесткость воды выражается в миллиграмм-эквивалентах кальция и магния; 1 мг-экв содержит 20,04 мг/л Са или 12, 5 мг/л Mg. В биохимии этот показатель выражается обычно в градусах. В советской аквариумной литературе принято выражать жесткость в немецких градусах dH (от слова немецкая жесткость — дойче Харте), но в книгах иных стран могут встретиться и другие градусы: один немецкий градус равен 0, 36 мг-экв, или 1, 78° французского,1, 25° английского.

В жестких водах, содержащих соединения кальция, растения днем выделяют углекислый газ из карбонатных веществ. Происходит этот процесс в виде сложной химической реакции, в ходе которой образуется соль кальция CaCO3, выпадающая в осадок игольчатыми кристалликами кальцита. Этот осадок покрывает серой пленкой листья тех растений, которые «умеют» таким путем получать углекислый газ — элодеи, рдестов, кабомбы (не все аквариумные водные растения обладают такой способностью). Уменьшение количества карбонатов в воде ведет к снижению ее жесткости и называется биогенным умягчением воды. Оно тем выше, чем лучше освещены в аквариуме растения. Так как от карбонатной, временной, жесткости зависит общая, растения вызывают ее колебание в течение суток. При плохом освещении, а также ночью часть соли СаCO3 вновь переходит в состояние ионного раствора. Следовательно, показатель жесткости столь же непостоянен, как и другие показатели воды. Особенно резко колеблется жесткость воды при ее «цветении». Большие колебания временной и общей жесткости могут отрицательно сказаться на здоровье обитателей аквариума.