Углекислый газ для аквариумных растений.
Аквариумные растения на свету образуют из углекислого газа (СО2) и воды сахара (углеводы). Этот процесс называется фотосинтезом. На протяжение всего дня растения в процессе дыхания выделяют СО2.
Большинство аквариумных растений, хоть и называются водными, в естественных условиях произрастают как болотные растения, и выставляют над водой хотя бы часть листьев и, обязательно, цветы. Так в природных биотопах в ареалах распространения в тропическом поясе Земли, аквариумах растения, растут по берегам рек и озер в зонах временного затопления в периоды дождей. Таким образом они приспособились получать углекислый газ из атмосферы и из воды, тогда как в аквариуме они вынуждены забирать его только из воды.
В достаточно озеленённом аквариуме углекислый газ (СО2) является основным лимитирующим фактором.
В то время как для растений СО2 жизненно необходим, слишком большое его количество может затруднить дыхание рыб. Поэтому ночью диффузию СО2 в аквариум следует уменьшить.
Для хорошего роста аквариумным растениям нужны:
o свет нужного спектрального состава и длительности;
o поступление (подача) углекислого газа во время фотосинтеза;
o питательные вещества и микроэлементы;
o грунт с нужными свойствами.
Подводные растения способны потреблять углерод в двух формах: как растворенный CO2 и как анион HCO3-. Все растения могут потреблять углерод CO2. Этот процесс пассивен, не требует затрат энергии и осуществляется путем диффузии из внешней среды в ткань растения. CO2 будет поглощаться тем быстрее, чем больше разница в его концентрации между водой и тканями растения и чем короче расстояние, на котором происходит выравнивание концентраций.
Таким образом, если во внешней среде происходит увеличение содержания углекислого газа, то увеличивается и его потребление растениями. Концентрация CO2 в воздухе и воде приблизительно равна 0,5 мг/л. Углекислый газ очень хорошо растворим в воде, однако его диффузия в воде идет приблизительно в 10 000 раз медленнее, чем в воздухе. В стоячих водах это обстоятельство сильно затрудняет потребление CO2. В проточных же водах газ диффундирует лишь через, так называемый, «поверхностный слой» (или границу Прандтла). Это непосредственно прилегающий к поверхности растения обусловленный силами трения крайне тонкий слой, в котором вода неподвижна даже при самом сильном течении. Его толщина приблизительно 0,5 мм, однако, это в 10 раз толще, чем у наземных растений. Как результат – требуется приблизительно 30 мг/л свободного CO2, чтобы удовлетворить фотосинтетическую потребность водных растений. Течение постоянно приносит с новой водой и новые молекулы CO2, чем поддерживается его концентрация в окружающей среде. Однако известно, что многие растения хорошо растут и в стоячей, и в щелочной воде, где потребление растворенного CO2 весьма проблематично.
Водные растения приспособились к ограниченному количеству CO2 несколькими способами. Многие виды имеют мелкорассеченные листья. Это увеличивает отношение их площади поверхности к объему и уменьшает толщину поверхностного слоя. Водные растения имеют обширные воздушные каналы, называемые, аэренхимой, которые позволяют газам двигаться свободно по всему растению. Это дает возможность, перегонять в листья и ассимилировать CO2, который поступит внутрь растения даже при получении его некоторыми видами растений из грунта при помощи корней. Наконец, многие виды водных растений способны синтезировать, используя гидрокарбонаты наравне с CO2. Это важное приспособление в щелочных водах при pH между 6,4 и 10,4, когда большинство растворимого неорганического углерода существует в форме гидрокарбонатов.
Было выяснено [3], что при возникновении белого налета на поверхности листьев растений рН воды с верхней стороны листа щелочное, а с нижней стороны слабокислое. Было высказано предположение, что, подобное явление связано с потреблением иона HCO3-. При наличии отрицательного заряда этот ион уже не может диффундировать в ткань листа подобно CO2. Для этого нужен специальный механизм активного переноса, получивший название «протонового насоса»! При этом растение в основном за счет световой энергии транспортирует на внешнюю нижнюю сторону листа Н+-ионы сдвигая там рН в кислую сторону и как следствие баланс HCO3-/CO2 в сторону последнего. Полученный таким образом углекислый газ диффундирует в ткань листа.
Одновременно с транспортом протонов идет и перенос OH-ионов на внешнюю верхнюю сторону листа. Здесь рН повышается, что приводит к выпадению в осадок соединений типа MeCO3 в виде белого налета. (где Me – Ca, Mg, и др.)
В целом процесс потребления HCO3 – менее эффективен, чем поглощение CO2 из-за своей энергетической зависимости. Очевидно растения выработали его как приспособление к существованию в щелочных, стоячих водах. Растения же кислых проточных вод такого механизма не имеют либо, как минимум, отдают предпочтение поглощению CO2.
В нейтральных до слабощелочных водах с низкой карбонатной жесткостью а следовательно и с малым количеством CO2 и HCO3-большинство растений растет крайне плохо.
