Az egyensúlyi szén-dioxid koncentráció kapcsolata a KH-val és pH-val, és fontossága a vízinövények számára

Bevezetés

A low-tech akváriumban - a legegyszerűbb definíció szerint a mesterséges szén-dioxid adagolás nélküli olyan akvárium, ahol a növények igényeire is figyelmet fordítunk -  a szén alapvetően egy limitáló tényező. A növények köztudottan a fotoszintézis során a glükózt(C6H12O6) többek között szén-dioxid(CO2) felhasználásával állítják elő. Vízben ez a tápanyag alap esetben tehát igen korlátozott mértékben fordul elő. De még is mennyi az annyi?

A méréseim során arra a kérdésre kerestem a választ, hogy különböző karbonátkeménységű vizek esetében, ha elég időt hagyok arra, hogy a szén-dioxid koncentráció a vízben elérje az egyensúlyi szintet, mekkora pH értéket fog eredményezni, és így mennyi lesz a vízben a szabad szén-dioxid koncentrációja. Az értékeket "steril" környezetben végeztem, így, mivel az akváriumban sokkal többféle anyag fordul elő, ami a pH-t befolyásolhatja, a mért és számolt értékek valószínűleg kismértékben eltérnek a valóságtól.
Viszont a pH-t az akváriumban nagymértékben a víz lúgossága adja, így KH méréssel jó közelítéssel valósághű adatokat kaphatunk. (A KH mérés valójában a víz lúgosságának mérése. Lúgosság: A víznek a savakkal szembeni "ellenálló képessége")

A hipotézisem az volt, hogy a KH növekedése esetén a pH először meredekebben, majd kissé enyhülő meredekséggel fog növekedni, így a szén-dioxid egyensúlyi koncentrációja is csak alacsonyabb KH értékeknél lesz számottevő. Kerestem továbbá azt a szén-dioxid koncentrációt, ami egy tipikus csapvizet használó hobbista akváriumában előfordulhat.

Felhasznált eszközök és módszerek

A mérésekhez 300 ml-es műanyag dobozt használtam, a tisztított vizet egy Aqua Medic 90 RO-készülékkel készítettem( TDS értéke 7-10 ppm a tisztított víznek). A pH mérő egy Adwa márkájú műszer volt, frissen kalibrálva( a mérések alatt többször is) Hanna kalibráló pufferoldatokkal.
A különböző nk értékű mintákat csapvízzel való keveréssel állítottam elő, az első minta 0 nk, a 14. minta 16,9 nk értékű lett. A két szélső érték között próbáltam egyenletesen felosztani az nk értékeket.
A grafikonokat az adatokból excellel generáltam, a szén-dioxid értékeket pedig az interneten publikus KH-pH-CO2 kalkulátorral számoltam ki a mért KH és pH értékeimből.


Eredmények

A kapott eredményeket az alábbi 2 grafikon foglalja össze:











Kimondhatjuk, hogy a hipotézis helytálló volt. Az alacsonyabb KH értékű vízmintáknál a pH igen alacsony volt, kezdetben a KH érték emelkedésével meredeken, majd csökkenő meredekséggel emelkedett.

A szén-dioxid tartalom kezdetben igen magas (0 értékhez nem tudtam rendelni CO2-értéket, de az azt követő értékből következve valószínűleg 20 ppm felett van), majd meredeken csökken, és végül majdnem vízszintes lesz a görbe.


Eredmények elemzése, és az azokból való következtetés


A KH-pH-CO2 összefüggése

A tiszta víz pH-ja pontosan 7-es érték, a desztillált víz megforralva pontosan ilyen értéket fog adni. Viszont, a szabad levegőn hagyott víz nem marad pH 7-es, mivel a légkörből beoldódó szén-dioxid gáz a savas irányba fogja eltolni, mivel ilyenkor nincs a vízben puffer, ami a sav hatását semlegesítené.
Ez a puffer főként a HCO3- ion, aminek mennyiségét gyakorlatilag a KH nk értéke fogja megadni. Minél magasabb a KH értéke, a víz annál lúgosabb lesz. Mivel ismert a KH, pH, CO2 mennyiségi összefüggése, kettő változó ismeretében a harmadik számolható.

Nekünk, növényes akvaristáknak az adott KH érték esetén mérhető pH, és a szabad szén-dioxid mennyisége is fontos.
A pH azért, mert a növények tápanyag felvétele erősen pH függő. Lúgos pH-n nagyon sok tápanyag(főleg mikroelemek) felvétele gátolt, így a növények számára kedvezőbb semleges - enyhén savas tartományt célszerű elérni. Mondhatjuk úgy is, hogy a 0-1 nk-s KH elérése a cél, ha csak azt tekintjük, hogy a növényeknek mi a legjobb (természetesen vannak olyan növények, amik jobban teljesítenek több KH esetén és magasabb pH-n, de a részarányuk a tartott növénypalettán csekély. A tapasztalataim szerint ide tartozik pl. a Vallisneria nemzetség, és a Pogostemon helferi is).

Ugyanez az elv vonatkozik a KH - CO2 kapcsolatára is. Minél kisebb a KH, annál kevesebb CO2-t "fog le", tehát az alacsonyabb KH, és így alacsonyabb pH több CO2-t jelent a vízben, a szabad CO2 pedig a legjobban hasznosítható szénforma a vízben. A KH-CO2 kapcsolatát bemutató grafikonon ez jól látszik.

A méréseim alapján az egyensúlyi CO2 koncentráció, ha a a szén-dioxid mennyiségét a légkörre bízzuk, 15-20 ppm-től(0-0,6 nk KH) 1,5-2 ppm-es(17-20< nk) értékig változhat, így közel egy nagyságrend a különbség.

Ez a tény, mivel a szén mennyisége döntő egy low-tech akváriumban, jelentős különbségnek mondható, és ezt támasztják alá a tapasztalatok is.
Ha lágyítjuk a vizet, a növények jelentős mennyiségű extra szénhez jutnak, és ez meg fog látszódni a "fogyasztásukon" is. A növények a kemény vízhez(10-15< nk KH) képest a lágy vízben(2-3 nk KH) többszörös mennyiségű tápanyagot is igényelhetnek, és a növekedési sebessége is felgyorsul számos fajnak, főleg azok, amik a lúgos vízben előforduló, nehezebben felvehető szénformát csak kis hatékonysággal tudják hasznosítani.













Carbo



A "Carbo", mint növényeket segítő tápkiegészítő igen elterjedt vegyszer a növényes akvarisztikában. Sok flakonon nem kevesebbet állítanak, mint hogy ez nem más, mint folyékony formában lévő szén-dioxid. A fizikai ismereteinket segítségül hívva gyorsan rájöhetünk, hogy ebben sántít valami. A szén-dioxid szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú, folyékony állapot eléréséhez igen nagy nyomásra van szükség( a nagynyomású palackokban 50-60 bar-ról beszélünk, 1 bar= 0,987 atmoszféra, tehát ez a tengerszinten mérhető légnyomás 50-60 szorosa). A műanyag flakonban megtalálható, fecskendővel, vagy mérőkupakkal kimérhető folyékony anyag biztosan nem folyékony szén-dioxid, hiszen ha a nyomást nem tartjuk fenn, a CO2 igen gyorsan alkalmazkodik a fizikai törvényeknek, és újra kitágul, gázzá alakul.
 Néhány terméken fel van tüntetve, és valószínűleg minden termékre igaz, hogy a hatóanyag a glutáraldehid nevű, folyékony, széntartalmú szerves vegyület, vagy annak valamelyik kémiai úton előállított verziója(izomerje).
A glutáraldehid szerkezeti képlete


A glutáraldehidet az iparban egyáltalán nem arra használják, mint mi, akvaristák. Ez a szénvegyület nem más, mint egy nagy hatékonyságú fertőtlenítőszer. Alapvetően mérgező minden élőlényre, biokémiai nyelvezetre lefordítva keresztköti a fehérjéket, hozzákötődik a sejtfalhoz, meggátolja a sejtek normális működését, aminek hatására a sejt elpusztul.

De miért használjuk még is, akváriumba adagolva, naponta? Ha túllépünk a nyilvánvaló marketing indíttatású megfogalmazáson, hogy folyékony szén-dioxidról van szó, a glutáraldehid elméletben két úton segíti a növényeket, megfelelő koncentrációban(!):

  • Gátolja az algák növekedését( de a magasabb rendű növényekét még pont nem)
  • Valamilyen formában felvehető szenet biztosít a növények számára, ezzel segítve a fejlődésüket.



A megfelelő koncentrációt az egyes gyártók a saját termékeikre legtöbbször szigorúan meghatározzák, ettől eltérni nem érdemes, illetve csak saját felelősségre. Az adagolást hosszú távú kísérletsorozatok által kapott eredmények alapján alakították ki, így azt az ígéretet kapjuk, hogy ha ezt betartjuk, az egyébként veszélyes vegyszer ártalmatlan lesz a halakra, növényekre, és egyéb élőlényeinkre, és csak a pozitív hatásait fogjuk érzékelni.



Célkitűzés

A kutatásommal a célom az volt elsősorban, hogy meghatározzam: valóban van-e pozitív hatása az akváriumra, vagy egyszerűen a placebo-elv miatt adagoljuk? Másodsorban pedig irodalmi adatok alapján azt szerettem volna kideríteni, hogy ha van hatása, az milyen úton következik be, tehát az algákra való negatív-, és a növényekre való pozitív hatása mivel magyarázható?

Módszerek

A kísérleteket két nagy módszertan szerint végeztem: In situ és in vitro. A in situ, a valósághű kísérleteket jelenti, míg az in vitro labori körülményeket takar.

In vitro

A laborkísérletnek csupán egy célja volt: kideríteni, hogy nyers formában a glutáraldehidet képesek-e a növények felvenni, mint szénforrás.

A tesztekhez standard steril, laboros növénykutató módszereket és modellnövényt használtam. A növény az Arabidopsis thaliana volt, a mai növénybiológiai kutatások egyik modellnövénye. Nem vízinövény, de a szénfelvétel a növényeknél univerzális, így az itt kapott eredményeket rá lehet vetíteni az akváriumi növényekre is, a szén felvétele szempontjából.

A növény vad típusának("wild type") előzőleg sterilizált( etanollal és nátrium-hipoklorittal a protokoll szerint) magjait steril táptalajra helyeztem.

A táptalaj összetétele: MQ víz, zselésítő anyag( 6g/l agar), cukor, komplex tápanyag-, és vitaminkeverék ( Murashige-Skoog tápanyag-, és vitaminpor), egy MES nevű pufferoldat. A táptalajt 5,80-ra pH-ztam be kálium-hidroxid segítségével. Az 1/2 GM típusú keveréket használtam, 0-, illetve 1 t%os cukortartalommal(10g/l), különböző Carbo koncentrációkat kevertem bele a táptalajba, a megfelelő mennyiségeket automata pipettával mértem ki, steril pipetta heggyel, a kikevert táptalajt steril műanyag petri-csészébe öntöttem.

10 vonalat határoztam meg, különböző összetételű steril táptalajokkal:

Táptalaj mennyisége: 8 ml ( ezt is pontosan, pipettával mértem ki)
  1. 0% cukor, Carbo nincs
  2. 1% cukor, Carbo nincs
  3. 1% cukor, 1ml/70 (0,11 mikroliter)
  4. 1% cukor, 1/30 (0,26 mikroliter)
  5. 1% cukor, 1/10 (0,78 mikroliter)
  6. 0% cukor, 1/30 (0,26 mikroliter)
  7. 0% cukor, 1/1 (7,8 mikroliter)
  8. 1% cukor, 1/1 (7,8 mikroliter)
  9. 0% cukor, 1/10 (0,78 mikroliter)
  10. 0% cukor, 20 mikroliter carbo (jócskán túladagolt)



  1. 0% cukor, Carbo nincs
    ( kontroll)
2. 1% cukor, Carbo nincs
(kontroll)

3. 1% cukor, 1ml/70

4. 1% cukor, 1/30

5. 1% cukor, 1/10

6. 0% cukor, 1/30

7. 0% cukor, 1/1

8. 1% cukor, 1/1

9. 0% cukor, 1/10

10. 0% cukor, 20 mikroliter carbo














































Az eredmény kiértékelése egyértelmű. Azt tekintve, hogy a glutáraldehid a táptalajban "konzerválódott", mivel steril médiáról van szó, nem tudott bakteriálisan lebomlani, a "nyers" Carbo hatását látjuk a csökött növényeken.

 Teljesen mindegy a koncentráció, a cukortartalom, a glutáraldehid még a legkisebb mértékű adagolás esetén is gátolta az Arabidopsis fejlődését. Ennek oka, hogy a növény a gyökerével próbálta elkerülni a táptalajt, nem tudott(akart) belenőni, annak mérgező hatása miatt, ezért tápanyagot sem tudott felvenni, így fejlődése minden vonalon elmaradt a két kontrollhoz képest. A képeken a növények 1 hetesek, egy későbbi időpontban még látványosabb lett volna a különbség, mivel a kontrollnövények zavartalanul tudtak fejlődni, míg a carboval kezelt táptalajon a növények fejlődése gátolt volt.



In situ

Az in situ, tehát a valósághű kísérletem célja annak meghatározása, van-e pozitív hatása a glutáraldehid adagolásának, de itt már a glutáraldehid le tudott bomlani, mivel jelen lehetett a megfelelő baktériumflóra. Ezt két nagymértékben egyforma akváriumban valósítottam meg:


  • Egyforma vízmennyiség, (kb. 8 liter)
  • közös fényforrás,  (11 wattos 865-ös kompakt fénycső)
  • egyforma vízértékek,  (keménység)
  • azonos szűrésforma, (egyszerű levegővel hajtott szivacsszűrő)
  • talaj, (fehér kvarchomok)
  • egyforma tápanyag-mennyiség. (azonos mennyiségű mikró és makróelemek)


    Az egyetlen különbség az volt, hogy az egyikbe adtam naponta meghatározott mennyiségű Carbo terméket, míg a másikba nem. 2-4 hétig figyeltem meg a változásokat, majd újratelepítettem az akváriumokat, és kicsit más körülmények között megismételtem. 


Eredmények

A teszteket elvégeztem ugyanolyan fény mellett kemény (20-20 KH GH), és lágyabb vízben is(8-10 KH GH). Az eredmény közel hasonló lett, így összegezve vázolom az eredményeket:


Az első kísérlet talaj és szűrés nélkül zajlott,(csak légbefúvás volt) és a kísérlet a tüskéshínárral azzal végződött, hogy a Carbo nagymértékben gátolta a tüskéshínár fejlődését.

 Következve ebből, azt a téves feltételezést vonhatnánk le, hogy a glutáraldehid káros a tüskéshínárra, de nem ez a helyzet.


 A talaj, és szűrés hiánya miatt a glutáraldehid valószínűleg nem tudott lebomlani bakteriálisan, ezért valószínűleg felgyülemlett, és ez okozhatta a toxikus hatásokat.


Carbo nélkül
Carboval


Ami szembetűnő volt ugyanilyen körülmények közötti kísérlet alatt, hogy a "Carbo" adagolt akvárium egyértelműen kevesebb algát tartalmazott. 



Carbo nélküli
Carbo adagolt



Megismételve a kísérletet, szivacsszűrővel, és kvarchomok talajjal, már teljesen más eredményt kaptam. A Carbo adagolt akvárium szinte az összes növényfajnál jobb növekedést produkált, még a tüskéshínárnál is. Ahol nem láttam jobb növekedést, ott hasonló volt a növekedés üteme, és a kondíció. 

Ennek az lehet az oka, hogy a különböző növényfajok különböző módon képesek az "elemekkel" és egymással megküzdeni az erőforrásokért, így a fajok közötti kompetíció egyes növényfajok felé billenti a mérleg nyelvét, mások alulmaradnak. Tehát kicsit leegyszerűsítve, azoknak a fajoknak, amiknek az általam biztosított körülmények a megfelelőbbek voltak, jobban voltak képesek fejlődni.



A békalencse jóval nagyobb mértékben volt képes szaporodni a Carbo nélküli akváriumban. Ezt én annak tudom be, hogy a Carbo adagolt akváriumba adott extra szén miatt a felszíni növények - mivel ők a levegő CO2-jét használják - kevésbé voltak előnyben víz alatt élő társaikkal szemben. 



Tehát Carbo adagolásakor a vízben is volt annyi szén, hogy a víz alatti növények olyan mértékű növekedést tudjanak produkálni, hogy a 12 tápelemért történő versengésben ne maradjanak alul a sokkal előnyösebb helyzetben lévő, lebegő életmódot folytató békalencsével szemben. 


A békalencse mennyisége sokkal
több a Carbo nélküli akváriumban

A békalencsét folyamatosan ritkítottam, hogy a fény egyenlően jusson mindkét akváriumba, de az eredmény mindig ugyanaz lett: a carbo nélküli akváriumban elborította a vízfelszínt, ezzel párhuzamosan a víz alatti növények kevésbé fejlődtek. (még akkor is, amikor éppen leszedtem majdnem teljesen a békalencsét)








Carbo nélkül
Carboval












Carboval
Carbo nélkül
















Mint már említettem az in situ kísérletek egyetlen célja az volt, hogy választ adhassak arra a hipotézisre, hogy a Carbo segíti-e a submers növények fejlődését. Ez a hipotézis igaznak bizonyult, de a módszereket még bőven lehet finomítani, és többféle körülmény között vizsgálni a hatást(fény-, keménység-, tápanyagok mennyiségének változtatása, stb), ez a téma nyitva áll a kísérletező kedvű akvaristák előtt, akár az én munkámra támaszkodva.


Amire még kíváncsi lennék:

  • Az este, vagy a reggel adagolt Carbo hatása között látható-e különbség?

  • Különböző fényerők esetén a növények fejlődési sebessége milyen mértékben változik meg?

  • Nagynyomású palackból történő CO2-beoldás esetén is látható-e ilyen változás?





Az elmélet


A Carbo hatóanyaga, mint már említettem a glutáraldehid nevű, 5 szénatomos szerves vegyület. Az in vitro kísérletek során bizonyítást nyert, hogy a növény eredeti formájában nem képes azt felvenni, és szénforrásként hasznosítani. A források alapján viszont tudjuk, hogy a baktériumok képesek a lebontására.

Kétféle környezetben vizsgálták a glutáraldehid bomlását, aerob(oxigén jelenlétében), és anaerob(oxigén nélkül) körülmények között. 

A felezési idő(ami alatt az anyag fele lebomlott) aerob körülmények között, 9,45 ppm-es kiindulási glutáraldehid koncentráció mellett 10,6 óra alatt zajlott le.



Megállapították, hogy aerob körülmények között először glutársavra bomlik, majd ezt követően egyszerű szén-dioxidra. Anaerob körülmények között( amiből akváriumban kevesebb van) pedig a felezési idő 7,7 óra volt, és egy aldehidre(5-hidroxipentanal), majd ezután egy diolra(1,5-pentándiol) bomlik.

Akváriumi körülmények között valószínűleg az aerob lebomlási útvonal a jellemzőbb, tehát a két lehetséges jelölt a glutársav és a szén-dioxid.

Felmerülhet a kérdés, a növények e kettő metabolit közül melyiket fogják hasznosítani? Erre válasz korántsem olyan egyszerű, annak ellenére, hogy tudjuk, a szén-dioxid a vízinövények alapvető szénforrása.


A glutársav nagyon hasonlít egy, a növényi anyagcserében résztvevő anyaghoz, az alfa ketoglutársavhoz. Az utóbb említett anyag a glutársav ketonszármazéka, így elképzelhető, hogy a citromsav-ciklusban tudja hasznosítani enzimatikus átalakításokkal a növény a glutársavat is, akárcsak ketonszármazékát. Teljes nevén a Szent-Györgyi–Krebs(citromsav)-ciklus a sejtek légzése során egy alapvető anyagcsere- folyamatnak tekinthető, és értelemszerűen a növényekben is lejátszódik.

Ahhoz, hogy megértsük, ez az elméleti fejtegetés hogyan kapcsolja össze a glutársavat a fokozottabb növényi növekedéssel, érdemes tudnunk, hogy ha a növény, "készen" megkap egy fontos intermediert(köztes anyagot), az annak létrehozásával járó energiát(ATP) megspórolhatja magának, és más, fontos dolgokra fordíthatja, pl hatékonyabb tápanyagfelvétel, jobb fény hasznosítás, vagy könnyebb bikarbonát-felvétel, stb.

Kimutatták például, hogy a növényi légzés összefügg a tápanyagfelvétellel, oda-vissza. Tehát, ha segítjük a növény légzését, több tápanyag felvételére lesz képes, és fordítva, ha több a rendelkezésre álló tápanyag, a növény légzése felerősödik.

Tehát, ezt tekintve, ha ez az elméleti fejtegetés fedi a valóságot, elképzelhető, hogy akár erős fénynél, mesterséges CO2-adagolásnál is láthatunk pozitív hatást a Carbo adagolásakor.

A fenti okfejtés természetesen mindössze elméleti síkon mozog, nincs mögötte kísérleti alátámasztás.
Annyit tudunk, hogy hat. A pontos hatásmechanizmust egyelőre még rejtély fedi, de az szinte biztos, hogy a két említett bomlástermék közül(glutársav vagy szén-dioxid) az egyik hasznosítható a növények által.

Az akvaristák sajnos nem mindig számolnak be látható növekedés-gyorsulásról. Egy általam végzett közvélemény kutatás során a szavazók több, mint a fele azt nyilatkozta, hogy a Carbo nem segítette a növények növekedését.


Ennek a a Liebig-féle minimumtörvény az egyik lehetséges oka. Ennek értelmében, hiába áll rendelkezésre egy adott erőforrás, ha egy másikban a növény hiányt szenved, ilyen esetben nem képes gyorsabb növekedésre, mindaddig, amíg az adott szűk keresztmetszetet ki nem iktatjuk.

Példaként említve, ha a növény nem tud a környezetéből vasat felvenni, a növekedése akkor is stagnálni fog, ha a szén, tegyük fel korlátlan mennyiségben van jelen. Egy ház felépítésével tudnám még jobban leírni ezt a jelenséget. Hiába van korlátlan mennyiségű téglánk, ha éppen a falat összetartó malter hiányzik, a ház építése nem tud addig folytatódni, amíg a "malter hiánytünet" meg nem oldódik. A carbó, mint szén a tégla, a malter pedig a vas.

Felmerülhet még a kérdés, hogy ez sterilizálásra használt vegyszert hogyan képesek a baktériumok lebontani, és energiát nyerni belőle. A kérdés kulcsa a koncentrációban rejlik: a kisebb koncentrációban jelen lévő anyag már kezelhető a lebontók számára, míg nagy koncentrációban előbb pusztulnak el, mint át tudnák alakítani. Ugyanilyen elven működik az ammónia is. Nagy koncentrációban ugyanúgy megöli a baktériumokat, hiszen az ammónia sejtméreg, míg kicsi mennyiség esetén a nitrifikáció kiindulási vegyülete.



A másik fontos hatása ezeknek a termékek az algák gátlásában nyilvánul meg. Erről is találtam adatokat:

Az akut(hirtelen történő, nagyobb mértékű exponálódás[az anyagnak való kitettség]) toxicitást vizsgálva az a koncentráció, aminél még nem volt káros hatás,



  • Algáknál 2,5-0,029 mg/l

  • Daphnia magna 9-24 mg/l 


A krónikus ( hosszantartó) hatások vizsgálatánál megállapították, hogy,

  • algák esetén 0,31 mg/l tartós szintnél még nem jelentkeztek káros hatások

  • Daphnia esetén pedig ez az érték 4,25 mg/l-nél lett meghatározva


Ennél magasabb koncentrációk esetén már mutattak ki káros hatásokat. Akvarisztikai szempontból nekünk az algákra való hatásuk a fontosabb. Sajnos az említett tanulmány a növényekre nem tért ki, és nem is találtam egyéb forrást a kapcsolatukról a főbb tudományos portálokon(NCBI, ScienceDirect).

 Úgy tűnik a glutáraldehid hatása a növényekre tudományos berkekben még nem merült fel, a Carbo termékeket gyártó cégek pedig nem teszik közzé az eredményeiket, valószínűleg üzleti indokból.

Fontos információ, hogy egy akvarista társunk megmérte(és a rendelkezésemre bocsátotta) néhány termék napi adagjánál keletkező glutáraldehid koncentrációt egy erre szolgáló teszt segítségével. 

Három terméket vizsgált, amik a magyar piacon jelen vannak, és a legtöbbször ezeket használjuk. Ebből kettő 2-3 ppm(mg/l) kezdeti koncentrációt mutatott, a három közül az egyik termék mutatott átlagon felüli (5,5 ppm) értéket, és a bomlása során így tovább jelen volt a vízben.



A fenti akut toxicitási adatokat szemügyre véve a három termékből kettő az algák számára toxikus szint határán mozog, az egyik pedig túl is lépi azt. 


A krónikus kitettség esetén a toxikus koncentrációt(0,31 mg/l felett) mindegyik termék eléri, így ha a forrásokra támaszkodunk, elméletben a naponta adagolt carbó által fenntartott glutáraldehid koncentráció az algákat mérgezni fogja hosszú távon.


Kiszámoltam, hogy a Carbo elméletben a napi szénigény mekkora részét lehet képes kiszolgálni.


Tapasztalatból tudjuk, hogy "low-tech" (mesterséges CO2 mentes) akváriumban mondjuk a növényi tápsókkal bevitt napi 1 ppm nitrát emelés már elég "erős"-nek számít. Mondhatni, ezzel már bármekkora növényzet tud fejlődni. A nitrogén % értéke a nitrátban 23%, tehát 1 ppm emelés 0,23 ppm nitrogén emelést jelent naponta. A nitrát a legnagyobb mértékben igényelt  makroelem. Nézzük a szenet.






A szén a nitrogén kb. 10x-ese a növényi szárazanyagban. Tehát egy kerekítés által kapott eredmény alapján, ha a felvétel mértéke is hasonló hatásfokú, low-tech akváriumban a növényzet napi 2-3 ppm "nyers szén" emeléssel elvan, ami a szén(12 g/mol), és a szén-dioxid(44 g/mol) moláris tömegeit nézve 8,28 ppm CO2(2,3 ppm C esetén, 3,6-os szorzás) szén-dioxid emelést igényel a növényzet naponta.

A Carbo által biztosított szenet is számoljuk át. Ehhez tudnunk kell a szén és a glutáraldehid moláris tömegeit. A szén 12 g/mol moláris tömegű, míg a glutáraldehid 100,11 g/mol. Mivel a glutáraldehidben 5 szénatom van(C5H8O2), a tömege 60%-át alkotja szén.

A Carbo termékek glutáraldehid koncentrációi nem publikus értékek, de tudjuk, hogy kb. 1-4% között változnak a különböző termékek értékei. Számoljunk mondjuk 2%-al. 2 tömeg% 20g/l glutáraldehid koncentrációt jelent, ami egyenértékű 20mg/ml koncentrációval. Ha 1 ml carboval számolunk 20 literenként, akkor 20 literben 20 mg glutáraldehidünk lesz. Ezt ppm(mg/l)-be átszámolva 1 ppm érték jön ki. Ennek széntartalma 60 %, tehát 0,6 ppm C-t emeltünk. Ezt az értéket ha "felszorozzuk szén-dioxiddá", 2,16 ppm CO2 jön ki.

8,28 / 2,16 = 3,83


Tehát az elméleti számolás azt mutatta meg, hogy nagyjából a napi szénigény negyedét tudja biztosítani a Carbo az elképzelt akváriumunkban. Tekintve, hogy a szén az egyik legnagyobb mértékben igényelt makroelem az akváriumban, minden kis "morzsa" hasznosulni fog, így a Carbo által beadott szén is minden bizonnyal jótékony hatással bír.








Összefoglalás

A naponta adagolandó "carbó" termékek hatóanyag minden bizonnyal a glutáraldehid nevű, szerves szénvegyület. Az iparban sterilizálószer, de megfelelő mennyiségben adagolva nem okoz károkat az akvárium élővilágában(kivéve az algákat). Az in vitro kísérletek rámutattak, hogy a glutáraldehid eredeti formájában csak mérgező, de nem képes a növény felvenni, viszont a valósághű(in situ) kísérletek által bebizonyosodott, hogy megfelelő átalakulás, lebomlás után a glutáraldehid képes a növények fejlődését támogatni, és a gyártók által előírt adagolást betartva valószínűleg az algák növekedését is gátolja.

































A vízinövények tápanyag forrásai az akváriumban



A növényes akvarisztika kétségtelenül egyik alappilléréről beszélünk, ha a növényi tápanyagokról van szó.

Néhány rendkívül tág tűrésű növényfajt kivéve, a legtöbb akváriumi növény többet igényel, mint amit egy hagyományos, a növények tápozását teljesen mellőző, jobbára halas akvárium tud szolgálni.

Ebben a cikkben próbálom kifejteni azokat a forrásokat, ahonnan a növények felvehető és hasznosítható tápanyagokat kaphatnak a fejlődésükhöz.




Mit igényelnek a növények a fejlődésükhöz?



Alapvetően fényt, és szervetlen tápelemeket. A szervetlen tápelemeket 3 fő csoportba oszthatjuk:

Organogének: Azok a tápelemek, amik a növények tömegének jó részét alkotják. Ez 3 elem. C, O, H. Az oxigént és a hidrogént a vízből, mint H2O bőségesen fedezni tudja a növény. A szén már bonyolultabb kérdés, de egy kicsi mennyiség akármilyen akváriumban jelen van belőle, kifogyhatatlan forrás, de a tényleges hozzáférhetőség már lehet nehézkes is.

Makro-, és mezoelemek: N, P, K, Ca, Mg, S. Nagyobb mennyiségben igényli őket a növény, a növényi szárazanyagban átlagosan néhány %-ot tesznek ki.

Mikroelemek: Mn, Cu, Mo, Zn, Cl, B, Fe. A növényi szárazanyagban nagyon kis %-ban vannak jelen, de a jelenlétük a növényi életműködés szempontjából rendkívül fontos.



Elsőként azokat a forrásokat vegyünk górcső alá, amik "passzívan" is kiveszik a részüket a növények táplálásában, tehát bármelyik akváriumban előfordulnak.



A csapvíz

Talán néhányan nem gondolnák, hogy a csapvíz is szolgáltathat fontos tápanyagokat növényeink számára. Ezek jelenléte a tápanyagok egyik csoportját tekintve hasznos, míg jegyzünk "káros" tápanyagokat, amelyek csapvízbeli jelenléte legtöbbször inkább mellőzendő növényes akvarisztikai tekintetben, holott fontos, esszenciális elemekről van szó.

A következő 3 kép egy csapvíz kémiai paramétereit mutatja be. Pirossal karikáztam be azokat az elemeket, fogalmakat, amik kapcsolatba hozhatók a növényi táplálkozással.

Mangán: Kevésbé fontos elem, de mint növényi mikroelem, a vízkezelővel kezelt csapvízben lévő "nehézfém-lekötő" EDTA segítségével elméletben növényi tápanyagot csinálunk belőle. Alap esetben, oxidatív körülmények között nem felvehető a növények számára.

Ammónium: Elsődleges nitrogén forrása a növényeknek, amit nem vesznek fel az nitráttá alakul, ami szintén fontos nitrogénforrás. A teljes nitrogénigény töredékét jutattjuk be ezzel az akváriumba, magas koncentrációja pedig toxikus mind a halakra, mind a növényekre és egyéb életformákra nézve. Az átlagosan előforduló kis csapvízbeli koncentrációk miatt nem jelentős nitrogénforrás.

Nitrit: Hasonló mint az ammónium, a nitrifikáció során ez lesz az ammóniából, és ebből lesz közvetlenül a nitrát. Toxikus, halakra káros. Kevésbé jó nitrogénforrása a növényeknek.

Kémiai oxigénigény ( KOI): Oxidálható szerves anyagot jelent, ez a szerves anyag lebomolva szolgáltat a növényeknek tápanyagokat. A kémiai oxigénigény fogalma nem részletezi, ezek a szerves anyagok milyen eredetűek, milyen összetételben találhatóak meg, így a növényi tápanyagok tekintetében nem szolgál pontos információkkal.

Nitrát: Az akváriumban a legnagyobb mennyiségben előforduló nitrogénforrás. A csapvízben károsnak tekintjük a jelenlétét, mivel a növénytápsók nem számolnak(nem is számolhatnak, hisz nincs mindenhol a vízben) a jelenlétével, ebből következve felboríthatja a tápanyagok egyensúlyát.

Klorid: Nem tévesztendő össze a mérgező klórgázzal( CL2-diklór)). Növényi tápanyag, a csapvízben megtalálható mennyiség valószínűleg fedezi a növényzet összes klórigényét.

Szulfát: A kén, mint növényi esszenciális mezoelem fő forrása. Szintén fedezi a csapvíz a teljes igényt.

Összes keménység: Ide a kalcium és magnézium ionok tartoznak. Mindkettő rendkívül fontos mezoelem, csapvíz használatakor nem szükséges pótolni más forrásokból, mivel legtöbbször elegendőt tartalmaz.

Réz, bór: Növényi mikroelemek, alap esetben nem felvehetőek, de vízelőkészítő elméletben képes őket a növények számára felvehető formába hozni, gyakorlatban viszont ennek kevés a jelentősége.

Szelén: Elméletben nem esszenciális, de egyes növényfajok számára lehet hasznos a jelenléte.













A halak ürüléke

A kémiai uniformizmus nevű jelenség miatt, ami annyit tesz, hogy minden élőlény nagyjából ugyanazokat az elemeket igényli az életműködéseihez, a lebomló halürülék elméletben minden szükséges tápanyaggal képes ellátni a növényzetet.

A gond a felvehetőséggel, és a tápanyagok arányával van. A mikroelemek jó részét például a vízoszlopból nem képes felvenni a növényzet, hiszen oxidatív körülmények között nem felvehető formákká alakulnak át, kevés kivételtől eltekintve.

Ezek a tápanyagok a haltápból úgy válnak felvehetővé, hogy a talajba beforogva, oxigénben szegény és egyéb felvételt elősegítő körülmények között visszaalakulnak olyan formává, amit a növény már hasznosítani tud majd.

A 3 "legfontosabb" makroelem közül, tehát a nitrogén-foszfor és a kálium tápelem-hármasból a N-t és a P-t tartalmazza nagyobb mennyiségben, a kettő közül is többet a nitrogénből, hisz az állati fehérje a növényéhez képest 2-3-szor annyi nitrogént tartalmaz.

A kálium tekintetében nem túl bőkezű egy átlagos haltáp, mivel a haltáp jó részét a halliszt alkotja, és az állati fehérje káliumban szegény, így a(z igényesebb) növényi növekedés szempontjából a kálium biztosan pótlásra szorul.

A haltápban lévő kalcium és magnézium csak az igen lágy(kalciumot és magnéziumot szinte nem is tartalmazó) vizekben lehet számottevő hatása a növényi növekedésre.




A passzív források után lássuk mik azok a bázisok, ahonnan még esszenciális tápanyagokat kaphatnak a növények.




Táptalaj


Használata az akvarista döntésétől függ, nem mindenki tesz az általános talaj alá táptalajt.

Két fő típusa ismert az akváriumban használatos táptalajoknak: Amik csak mikroelemeket és káliumot tartalmaznak, és a komplex tápellátást biztosítóak(makroelem-túlsúllyal).

A csak mikroelemeket tartalmazó táptalaj általában egy vasban gazdag agyagra épít. A növények képesek ezt a "zárt" vasat "kiszedni", és felhasználni, és ugyanígy a többi mikroelemet is.



A mikro-, és makroelemeket(N,P) is tartalmazó táptalajok akvarisztikában ritkák, de előfordulnak nagyobb akvakertészettel is foglalkozó cégek palettáján, illetve az utóbbi években egyre jobban terjed a különböző virág-, és tóföldek használata is. 

Mivel ezek jellemzően tápanyagokban nagyságrendekkel gazdagabbak az akvarisztikai verzióknál, a használatukkal járó rizikó is jóval nagyobb, de az is tény, hogy ezek a talajok hosszú időn át képesek akár önállóan ellátni a növényeket minden szükséges tápelemmel.



A mesterséges műtrágya-oldatok


A növények táplálásában a legnagyobb súllyal rendelkező forrás a világ növényes akvaristái között. Minden szükséges mikro-, és makroelemet tartalmaz, képesek akár táptalaj nélkül is teljes mértékben ellátni az akvárium növényeit tápanyagokkal.

Négy alapvető növénytápsó-típus ismert:

A csak mikroelemeket tartalmazó, ezt önállóan nem célszerű használni.

A mikroelemeket + káliumot tartalmazó tápsó pont ideális akár egy halas akvárium növényeinek a táplálására, hisz a nitrogént és a foszfort a halak képesek biztosítani.

A csak makroelemeket tartalmazó(N-P-K) tápsók csak az erősebb fényes medencékben kapnak szerepet, és használatuk feltételezi egy mikroelemeket tartalmazó tápsó használatát is.


A komplex tápsók, amik mikro-, és makroelemeket is egyaránt tartalmaznak. Használatuk nem túl elterjedt, mivel a variálhatóság, tehát a mikro-makroelemek arányának változtatását ezzel a típusú tápsóval nem lehet megoldani, ha a szükség úgy hozná.

Fontos még említeni a tápsók tekintetében a pH függést. Alapvetően kijelenthetjük, hogy a makroelemek felvétele az akváriumok pH-ján nem okoz gondot, míg a mikroelemekkel lehetnek gondok, ezért ezeket kelátkötésekben(komplexekben) (EDTA, HEEDTA, DTPA, stb.) találhatjuk meg a növénytápsókban.




A mikroelem-EDTA komplexek magas pH-n is stabilak. 
(A táblázat a kalciumot és a magnéziumot is a mikroelemek közé sorolja,
de valójában mezoelemek, vagy az újabb nevezéktan szerint a
másodlagos makroelemek közé soroljuk őket)



A magyarországon forgalmazott növénytápokban megtalálható
vas komplexek (Fe-EDTA, Fe-HEEDTA, Fe-DTPA) általában
magasabb pH-n (8-8,5 felett) a tapasztalatok szerint
már veszítenek hatásfokukból.



































Ahány ábra annyi lefutási görbe, így a pontos pH stabilitást
nehéz meghatározni az egyes vaskelátokra.




Tehát vegyük át, hogy melyik tápanyagot főként honnan kapja a növény:

Nitrogén - haltáp, táptalaj(csak a komplex), folyékony tápsók, esetlegesen a csapvíz
Foszfor - haltáp, táptalaj(csak a komplex), folyékony tápsók, esetlegesen a csapvíz
Kálium - Táptalaj, folyékony tápsók
Kalcium - csapvíz(A keménység összetevője), haltáp, (ritka esetben folyékony tápsó), meszes aljzat, dekor
Magnézium - csapvíz(A keménység összetevője), haltáp, sok mikroelem-tápoldat is tartalmazza, meszes aljzat, dekor
Kén - csapvíz ( az állandó keménység összetevője), folyékony tápsók is tartalmazzák, de nem "direkt" - a kálium anionja a legtöbb makroelem-készítményben( kálium-szulfát), haltáp
Mikroelemek(Fe, B, Zn, Mo, Mn, Cl, Cu) - Folyékony tápsók, táptalaj, "komposztálódott" haltáp a talajba süllyedve
Szén - Levegőből oldódik be folyamatosan, Mesterséges CO2-adagolás, Carbo(glutáraldehid alapú termékek)





A növényi tápanyagok felvételének pH függése.


Minden növényi tápelem felvételének mértéke a növény számára függ a pH-tól. Ezért van az, hogy míg a makroelemek( N, P, K ,S, Ca, Mg) forrása majdnem mindegy, addig a mikroelemek jó része már sokkal kevésbé felvehetőek egy akváriumban(ezt küszöböli ki a fentebb említett EDTA, HEEDTA, DTPA-kelát).

Továbbá az is nehezíti egyes tápanyagok felvételét, hogy a vízoszlopban, oxigén jelenlétében átalakulnak alig felvehető formákká, ilyen pl a legfontosabb mikrolem a vas: reduktív ( oxigén nélküli) körülmények között vas "kettő" formában van jelen, amit a növények könnyen felvesznek, míg oxigén jelenlétében átalakul vas "hárommá", ami már alig felvehető a növények jó részének.(vannak kivételek)

A növény a gyökérzónából, így a táptalajokból úgy képes kivenni a vasat, hogy a gyökér savat bocsát ki, ami leviszi a pH-t lokálisan, a gyökér közvetlen közelében, és ebben kis sávban a vas "három" átalakul vas "kettővé", így már a növény képes lesz felvenni.

 Erre az "okosságokra" a növényi élettanban számtalan példa van, ebben a cikkben ezekre terjedelmi okok miatt nem térek ki részletesebben.


A tápanyagok felvételének pH függése
























A szén

A szén az egyik legfontosabb növényi tápelem, a fotoszintézis egyik legfőbb résztvevője. A levegőben korlátlanul jelen van, folyamatosan oldódik a vízbe, és távozik is a vízből, az ebből kialakuló egyensúlyi koncentráció található meg a vízben. Az, hogy a vízben milyen formában van jelen, a következő ábra szemlélteti:








Úgy kell értelmezni, hogy 0-ás pH-tól 8-as pH ig van szabad CO2 a vízben. Kb 4,8-5-ös pH-tól kezdve jelenik meg a vízben a bikarbonát(HCO3) forma, és 12-es pH-ig van jelen a vízben. A karbonát(CO3) kb. 8,5-ös pH tól kezdődően tart 14-es pH-ig. 

A vízinövények számára a szabad CO2 jelenti a legjobb szénforrást, viszont a természetben a HCO3 jelenléte is számottevő az élőhelyek jó részén, így alkalmazkodniuk kellett, hogy fel tudják venni, viszont ez már nagyobb energia befektetéssel jár a növény számára, tehát kevésbé kedvező.

Egyes, a vízborítást a természetben csak kis ideig elszenvedni kényszerülő fajok, pl a Hemianthus callitrichoides 'cuba', a bikarbonátot szinte egyáltalán nem képes hasznosítani, ezért mesterséges CO2 adagolás nélkül a tartása nem javasolt.











Köszönöm, hogy elolvastad!






Keresés a tartalomban

Kérdésed van?

Név

E-mail *

Üzenet *