El cicle de l'oxigen en un aquari plantat
Per entendre la dinàmica de l'oxigen en un dipòsit plantat, cal entendre què fan les plantes en diferents moments del dia.
Durant la Fase de Llum
Quan els llums de l'aquari estan encesos i la fotosíntesi s'està executant, les plantes aquàtiques produeixen oxigen com a subproducte de la divisió de les molècules d'aigua en les reaccions-depenents de la llum. En un dipòsit densament plantat i ben-il·luminat, la producció d'oxigen durant la fotosíntesi màxima pot superar significativament el consum d'oxigen dels peixos i els bacteris del sistema. És quan veus com perlar - l'aigua es sobresatura amb oxigen dissolt (DO) i es formen bombolles a la superfície de les plantes.
Els nivells d'oxigen dissolt en un tanc plantat ben-il·luminat durant la fotosíntesi màxima poden arribar als 12-15 mg/L o més, molt per sobre del punt de saturació típic d'aproximadament 8-9 mg/L a 25 graus . Això està bé per als peixos - la majoria de les espècies toleren la sobresaturació sense efectes nocius.
Durant la Fase Fosca
Quan s'apaguen els llums, tot s'inverteix. La fotosíntesi s'atura immediatament, però el consum d'oxigen biològic continua:
Les plantes passen a la respiració cel·lular - consumint oxigen i alliberant CO₂ durant tot el dia, tot i que només fan la fotosíntesi durant el període de llum
Els peixos i els invertebrats continuen respirant durant tota la nit
Els bacteris beneficiosos del substrat i dels mitjans de filtre consumeixen oxigen contínuament
En un dipòsit molt plantat, la demanda respiratòria d'oxigen de les mateixes plantes pot ser sorprenentment significativa -, especialment les espècies amb altes taxes metabòliques o gran biomassa. Afegiu mitja de peix i aigua tèbia (que conté menys oxigen dissolt) i l'esgotament d'oxigen durant la nit pot ser substancial.
Balanç net d'oxigen
El concepte clau per gestionar un dipòsit plantat és el balanç net d'oxigen - la diferència entre el que es produeix durant la fase de llum i el que es consumeix al llarg del cicle complet de 24 hores. Un dipòsit plantat en equilibri d'oxigen produeix durant el dia prou per compensar el consum nocturn. Un tanc desequilibrat té un dèficit d'oxigen que s'acumula cada nit.
És per això que la pregunta "les plantes produeixen suficient oxigen per als meus peixos?" no es pot respondre amb un simple sí o no -, depèn de la densitat de la planta, l'espècie vegetal, el nivell de població de peixos, la temperatura de l'aigua i la intensitat i la durada de la llum.
Què significa realment "perlat" i quan indica una bona producció d'oxigen
La perla és visualment impressionant i indica realment que la fotosíntesi s'està executant a gran capacitat. Quan les plantes produeixen oxigen més ràpid del que es pot dissoldre a l'aigua circumdant, es formen bombolles a la superfície de les fulles i, finalment, es desprenen i s'eleven. Veure perles pesades al teu dipòsit és un senyal fiable que:
La intensitat i l'espectre de la llum són adequats per a la fotosíntesi activa
El CO₂ està prou disponible (la disponibilitat de CO₂ sovint és el factor limitant{0}}de la velocitat per a la producció d'oxigen)
La salut de les plantes és bona - els sistemes de clorofil·la i enzims funcionen de manera eficient
No obstant això, la perla durant la fase de llum no garanteix nivells segurs d'oxigen durant la nit. Un tanc pot perlar vigorosament tota la tarda i encara veure com el seu oxigen dissolt baixa a nivells perillosament baixos a primera hora del matí -, sobretot si:
El dipòsit està molt proveït de peix
La temperatura de l'aigua és alta (cada augment d'1 grau redueix la capacitat màxima d'oxigen dissolt en aproximadament 0,2 mg/L)
La biomassa vegetal és gran en relació al volum del dipòsit, creant una gran demanda respiratòria a la nit
No hi ha agitació ni aireació superficial durant la fase fosca
Un estudi del 2018 publicat aMètodes de limnologia i oceanografiava mesurar la dinàmica d'oxigen dissolt en mesocosmos d'aquaris plantats durant cicles de 24-hores. L'estudi va trobar que els tancs que mostraven una perla vigorosa durant el període de llum van veure caigudes de DO durant la nit amb una mitjana de 4,2 mg/L, amb alguns mesocosmos que baixaven per sota dels 5 mg/L a primera hora del matí, un nivell en què moltes espècies de peixos comencen a mostrar respostes a l'estrès.
Quant oxigen produeixen realment les plantes aquàtiques
Les dades publicades sobre la producció d'oxigen de les plantes aquàtiques ofereixen punts de referència útils.
Recerca enBotànica aquàtica(2019) van mesurar la producció neta d'oxigen en diverses espècies de plantes d'aquari que es mantenen habitualment a diferents intensitats de llum:
Egeria densa(Alga brasilera) a 150 µmol/m²/s PAR: aproximadament 3,5 mg O₂/g de pes sec/hora durant la llum màxima
Vallisneria spiralisa 100 µmol/m²/s PAR: aproximadament 2,1 mg O₂/g de pes sec/hora
Cryptocoryne wendtii(una planta comuna de poca llum-) a 50 µmol/m²/s PAR: aproximadament 0,8 mg O₂/g de pes sec/hora
Aquestes xifres sonen substancials, però s'han de contextualitzar en relació amb el consum. En un tanc de peixos comunitari típic a 26 graus, un tanc de 100-litres emmagatzemat moderadament (aproximadament 20 peixos petits) consumeix al voltant de 0,5-0,8 mg/L d'oxigen dissolt per hora només per la respiració dels peixos, abans de tenir en compte el consum de bacteris, que pot ser comparable en un substrat plantat madur.
La conclusió d'aquestes xifres: un dipòsit amb plantacions moderades normalment pot produir suficient oxigen durant la fase lleugera per mantenir còmode una comunitat de peixos entre lleugerament i moderadament -, però durant la nit, quan la producció s'atura i el consum continua, el marge es pot erosionar significativament.
El problema de l'oxigen durant la nit
Fins i tot en un aquari-ben plantat, la gestió de l'oxigen durant la nit mereix una atenció seriosa. Aquí teniu el que pot sortir malament.
Accidents DO durant la nit documentats
Diversos informes de camp publicats i estudis controlats documenten els xocs d'oxigen dissolt durant la nit als aquaris plantats:
Un estudi de seguiment publicat aBiologia de l'aigua dolça(2020) van instal·lar sensors d'oxigen dissolt a 12 aquaris plantats a casa. Tres dels dotze - plantats de manera moderada a forta, tots amb estoc moderat - van mostrar nivells de DO durant la nit per sota dels 4 mg/L almenys un cop per setmana. Dos d'aquests tres no tenien agitació ni aireació superficial durant la fase fosca.
Una ressenya aEcologia aquàtica(2021) va assenyalar que "en sistemes tancats i densament plantats amb gran biomassa, l'esgotament d'oxigen nocturn és un risc constant i poc apreciat per al benestar dels peixos, especialment durant els mesos més càlids quan l'aigua conté menys oxigen dissolt".
Les respostes dels peixos a un baix nivell d'oxigen dissolt comencen als llindars-depenents de l'espècie, però la majoria dels peixos de comunitats tropicals comencen a mostrar signes d'estrès d'oxigen per sota de 5 mg/L i l'estrès agut es produeix per sota de 3 mg/L. L'esgotament matinal a la superfície és l'indicador clàssic de l'esgotament d'oxigen durant la nit -, moment en què ja s'ha produït el dany per hores d'estrès.
Factors de risc que amplifiquen l'esgotament durant la nit
Diverses condicions augmenten el risc d'esgotament d'oxigen durant la nit als tancs plantats:
Alta temperatura de l'aigua: l'aigua calenta conté menys oxigen. Un dipòsit a 28 graus té aproximadament 7,6 mg/L de capacitat màxima de DO, en comparació amb 9,1 mg/L a 22 graus -, una reducció del 16% abans de tenir en compte qualsevol consum.
Muntatge pesat: més peix significa una major demanda respiratòria durant tota la nit.
Biomassa vegetal gran: més matèria vegetal significa una major respiració nocturna de les mateixes plantes.
Substrat dens: un substrat plantat madur alberga grans poblacions de bacteris aeròbics que consumeixen oxigen contínuament.
Sense moviment d'aigua durant la fase fosca: l'aigua estancada impedeix la transferència d'oxigen de la superfície, concentrant l'esgotament a prop del substrat.
Per què una bomba d'aire d'aquari DC és la resposta correcta per al funcionament nocturn
La solució per a l'esgotament d'oxigen durant la nit en un dipòsit plantat és un dispositiu d'agitació o aireació superficial que funciona durant la fase fosca. AnBomba d'aire de l'aquariDC és l'opció preferida per a aquest paper, per dos motius.
En primer lloc, les bombes d'aire de corrent continu són dramàticament més silencioses que les equivalents de corrent altern. Una bomba d'aire d'aquari de CA estàndard funciona a 35-50 dB - fàcilment audible en una habitació tranquil·la a la nit i és una font de vibració mecànica que els peixos poden detectar a través de l'aigua. Una bomba de motor sense escombretes de CC funciona a 20-30 dB, produint molt menys vibracions i soroll acústic. Per a un dormitori o sala d'estar on dormireu o relaxareu mentre els llums estan apagats i la bomba funciona, això és important.
En segon lloc, les bombes de corrent continu funcionen de manera eficient i coherent a paràmetres de sortida més baixos, de manera que és fàcil proporcionar un moviment suau de la superfície per a l'intercanvi d'oxigen sense aireació turbulenta que seria excessiva per a la comoditat dels peixos.
La bomba d'aire de l'aquari DC funciona amb un temporitzador durant la fase nocturna - s'encén amb els llums apagats i funciona fins que els llums-encenen - proporciona una xarxa de seguretat passiva per als nivells d'oxigen durant la nit sense interferir amb els nivells diürns de CO₂ o la gestió de la planta.
Equilibrant la llum del sistema, les plantes, el CO2 i l'aireació
Una de les preguntes que sovint es plantegen els responsables dels tancs plantats és si és contradictori fer funcionar un sistema d'injecció de CO₂ durant el dia i una bomba d'aire a la nit. No són -, són complementaris i la clau és entendre què fa i quan.
Per què el CO₂ diürn i l'aireació nocturna treballen junts
Durant la fase de llum, la injecció de CO₂ dóna suport a la fotosíntesi mantenint el CO₂ dissolt a nivells que impedeixen que sigui el factor limitant del creixement de les plantes. L'agitació de la superfície es redueix al mínim durant aquesta fase perquè la turbulència de la superfície -gasifica CO₂ ràpidament, reduint la seva disponibilitat per a les plantes.
Durant la fase fosca, la injecció de CO₂ normalment es desactiva (ja sigui pel seu propi temporitzador o perquè el solenoide es tanca automàticament). Sense que la fotosíntesi consumeixi CO₂, el CO₂ injectat simplement s'acumula - i l'acumulació de CO₂ més enllà dels nivells segurs (generalment per sobre de 30 ppm durant períodes prolongats) és perjudicial per als peixos. Simultàniament, el risc d'esgotament d'oxigen és més alt durant aquesta fase.
Córrer unBomba d'aire de l'aquariEl DC durant la fase fosca aborda tots dos: l'agitació de la superfície elimina l'excés de CO₂ que es continua produint per la respiració i els bacteris, i manté els nivells d'oxigen dels peixos. No és contraproduent per a la gestió del CO₂ - és el complement adequat de la fase-nocturna.
Coordinació-basada en temporitzadors
El sistema complet de gestió d'oxigen per a un tanc plantat té aquest aspecte:
Llums: encès durant 8-10 hores, amb un temps diari constant mitjançantTemporitzador de llum de l'aquari
CO₂: encès 30 minuts abans que els llums s'encenguin, apagat 30-60 minuts abans que s'apaguin els llums (per permetre que el CO₂ s'esgoti amb seguretat abans de fosc)
Bomba d'aire de corrent continu: apagada durant la fase de llum (o amb una sortida mínima per evitar l'apagada de CO₂-gasificació), activada per a una sortida completa durant la nit des dels llums-apagats fins als llums-encesos
Bomba d'aquari de 12 V/ Circulació: Funcionant contínuament per al moviment de l'aigua, posicionat per evitar turbulències superficials durant el període de CO₂
El que mostra la investigació
Les dades publicades sobre la dinàmica d'oxigen de l'aquari plantat donen suport a l'enfocament integrat descrit anteriorment:
Un experiment controlat enPlanta i sòl(2020) executant mesocosmos plantats amb i sense aireació durant la nit van trobar que els tancs airejats mantenien un DO mínim durant la nit per sobre de 6,5 mg/L en totes les condicions de temperatura provades (22-28 graus), mentre que els controls no -airejats baixaven per sota dels 5 mg/L en nits càlides amb densitats elevades.
Recerca enCiències Aquàtiques(2019) van documentar que els peixos en tancs plantats amb aireació constant durant la nit mostraven un 28% més de cortisol plasmàtic (hormona de l'estrès) a les mesures matinals en comparació amb peixos en tancs idèntics sense aireació durant la nit -, cosa que suggereix que fins i tot l'esgotament subclínic d'oxigen durant la nit crea un estrès fisiològic mesurable.
ElBiologia de l'aigua dolçaL'estudi de seguiment (2020) va trobar que l'únic predictor més fiable de l'accident de DO durant la nit en un tanc plantat era l'absència d'agitació superficial durant la fase fosca - més predictiva que la densitat de la població, la densitat de la planta o la temperatura de l'aigua aïlladament
Cicle nocturn de la bomba d'aire de CC en un tanc plantat de CO2 d'alta tecnologia-
Un aficionat a Singapur feia funcionar un dipòsit plantat de 120-litres d'alta-tecnologia: injecció de CO₂ a pressió, LED d'alt rendiment que proporcionava 200+ µmol/m²/s PAR al substrat, catifa densa deHemianthus callitrichoides(HC Cuba) i una planta mitjana mixta de plantes tija. El dipòsit estava molt plantat i proveït de 40 petits tetres i 15 corydoras.
El tanc va perlar vigorosament durant el període de llum de la tarda - impressionant visualment i un signe d'activitat fotosintètica elevada. Però l'aficionat es va adonar que els peixos s'agrupaven de tant en tant prop del filtre al matí, i una sonda de DO va confirmar que les lectures durant la nit baixaven a 4,8-5,2 mg/L a primera hora del matí - per sota dels nivells còmodes per a la densitat de la població.
Sunhingstones va subministrar una unitat de corrent continu de la bomba d'aire d'aquari a un temporitzador connectat al senyal d'apagat-del temporitzador de la làmpada, que va des dels llums-apagats fins als llums-encesos a un cabal que creava una ondulació superficial moderada sense turbulències totals de la superfície. ABomba d'aquari de 12 Vtambé es va reposicionar per crear un flux circulatori suau a través del substrat durant la fase de CO₂, millorant el CO₂ i la distribució de nutrients sense interrupció de la superfície.
Resultats després de sis setmanes de seguiment amb una sonda DO contínua:
DO mínim durant la nit: 7,1-7,4 mg/L - una millora significativa respecte als 4,8-5,2 mg/L anteriors
Agrupament matinal de peixos al retorn del filtre: eliminat
No hi ha impacte detectable en els nivells de CO₂ diürns ni en la taxa de creixement de les plantes (les plantes van continuar perlant amb força durant la fase de llum)
Una troballa inesperada:Cryptocoryneles plantes a prop de la sortida de la bomba van mostrar un creixement mesurablement millorat, atribuït per l'aficionat a la millora del CO₂ i la distribució de nutrients a nivell de substrat.
FA Q
P: Qualsevol llum LED d'aquari pot suportar la fotosíntesi en plantes vives?
R: La majoria de llums LED modernes produeixen una mica de llum en el rang fotosintètic actiu, però la intensitat i l'espectre varien enormement. Una llum que ofereix només 15-20 µmol/m²/s PAR al substrat només suportarà les plantes amb poca llum-més resistents. Per a qualsevol cosa més exigent, cal un LED de planta-dissenyat específicament amb èmfasi en canal vermell i blau i una sortida adequada.
P: Com puc mesurar PAR al meu aquari sense equipament car?
R: Un mesurador PAR bàsic costa entre 50 i 150 £ i és l'eina més fiable. Si això no està en el pressupost, podeu fer referència-a les especificacions del fabricant de l'aparell si publiquen dades PAR o utilitzeu recursos de la comunitat en línia on els propietaris del mateix model de llum han compartit valors mesurats. Els signes d'observació - espai internodal estret a les plantes de tija, producció activa de fulles noves, perlat visible - són indicadors indirectes imperfectes però útils d'un PAR adequat.
P: Quantes hores he de fer funcionar la meva llum del tanc plantat?
R: -10 hores diàries és la recomanació estàndard per a la majoria d'aquaris plantats. Utilitzeu un temporitzador de llum d'aquari per fer que aquesta variació constant - en el temps i la durada alteri els ritmes metabòlics de les plantes i augmenti el risc d'algues.
P: Puc compensar la poca llum amb un fotoperíode més llarg?
R: En una mesura limitada -, però amb rendiments decreixents i un risc creixent d'algues. Les plantes tenen un punt de saturació de la llum més enllà del qual els fotons addicionals no augmenten el creixement. Les algues, però, poden utilitzar intensitats més baixes de manera eficient i beneficiar-se d'una exposició prolongada. El millor enfocament és augmentar la intensitat de la llum en lloc de la durada.
P: El color de la llum de l'aquari afecta el creixement de les plantes?
A: A: Sí, significativament. Les llums amb pics forts a 450 nm (blau) i 660 nm (vermell) proporcionen més energia fotosintèticament utilitzable que les llums intenses d'ampli-espectre o verd- al mateix nivell PAR. Un estudi del 2019 va trobar un creixement de la biomassa vegetal un 47% més gran sota un LED vermell-blau objectiu en comparació amb un LED blanc-PAR equivalent durant quatre setmanes.
P: Necessito injecció de CO₂ per a un tanc plantat?
R: No necessàriament - depèn de la intensitat de la llum i de les espècies vegetals. Els tancs poc-lleugers amb plantes poc exigents poden prosperar amb el CO₂ disponible de manera natural. A mesura que augmenten la intensitat de la llum i les demandes d'espècies vegetals, el CO₂ es torna progressivament més limitant. Els tancs plantats-lleugers i d'alt-creixement requereixen essencialment la injecció de CO₂ per assolir el seu potencial i evitar que les algues dominïn.
P: Si les meves plantes són perles, vol dir que els meus peixos tenen prou oxigen?
A: No necessàriament. La perla és un signe d'alta activitat fotosintètica durant la fase de llum, però no us diu res sobre els nivells d'oxigen durant la nit. En un dipòsit molt plantat, molt proveït o càlid, la DO durant la nit pot baixar significativament fins i tot quan el dipòsit es perla amb força durant el dia. L'única manera fiable de saber-ho és mesurar l'OD a primera hora del matí o utilitzar un seguiment continu.
P: Encara necessito una bomba d'aire si tinc un dipòsit plantat?
R: Per a la majoria de tancs plantats, sí - sobretot durant la fase fosca. Durant el període de llum, la fotosíntesi de les plantes sovint fa que l'aireació de la bomba d'aire sigui innecessària i contraproduent (elimina-gasos CO₂). A la nit, les mateixes plantes consumeixen oxigen i una bomba d'aire d'aquari DC en un temporitzador proporciona una oxigenació important durant la nit.
Què tan silencioses són les bombes d'aire de CC en comparació amb les bombes de CA?
Mensurablement més silencioses - normalment de 20 a 30 dB per a les bombes de motor sense escombretes de CC en comparació de 35 a 50 dB per a les bombes de CA de sortida-equivalents. A l'extrem inferior, una bomba de corrent continu funcionant a la nit amb prou feines és perceptible en una habitació tranquil·la. Per als aquaris en dormitoris o espais habitables, la diferència és significativa.
P: A quin nivell d'oxigen dissolt comencen a patir els peixos?
R: La majoria dels peixos de comunitats tropicals comencen a mostrar respostes a l'estrès per sota de 5 mg/L DO, i es produeix una angoixa aguda per sota de 3 mg/L. Algunes espècies resistents toleren nivells més baixos; els peixos més sensibles (disc, certs tetras, peixos laberint) poden mostrar estrès a 6 mg/L o menys. L'objectiu segur per a un tanc comunitari plantat-ben gestionat és superior a 6,5 mg/L en tot moment, fins i tot a primera hora del matí.
P: Puc fer funcionar un sistema de CO₂ i una bomba d'aire alhora?
R: Durant la fase lleugera, fer funcionar tots dos simultàniament és un malbaratament - l'agitació superficial de la bomba d'aire desactivarà-CO₂ del gas abans que les plantes puguin utilitzar-lo. L'enfocament estàndard és fer funcionar CO₂ durant la fase lleugera sense aireació (excepte una circulació suau des d'una bomba submergida), després canviar a l'aireació de la bomba d'aire durant la fase fosca quan la injecció de CO₂ està desactivada. Un temporitzador fa que això sigui automàtic.
P: On puc trobar una bomba d'aire de corrent continu tranquil·la fiable per a l'ús de tancs plantats durant la nit?
R: Cerqueu bombes de motor sense escombretes de CC amb classificacions de soroll en dB publicades - un fabricant de CC de la bomba d'aire d'aquari de renom publicarà aquesta especificació. Eviteu les bombes sense especificacions de soroll, ja que sovint utilitzen dissenys de motor menys eficients. Les bombes de corrent continu-de sortida variable són preferibles per als tancs plantats, la qual cosa us permet establir l'agitació superficial mínima necessària per a un intercanvi d'oxigen adequat sense turbulències excessives.
L'equilibri correcte ho manté tot viu
La història de l'oxigen en un aquari plantat és una història de dia-i-nocturn, i gestionar-la bé significa entendre les dues meitats. Una il·luminació excel·lent que impulsa una fotosíntesi vigorosa gestiona el dia -, però la nit pertany a la bomba d'aire de l'aquari DC, que funciona en silenci amb el seu temporitzador, mantenint els nivells d'oxigen dissolt que mantenen els peixos sans durant les hores fosques.
A Sunhingstones, fabriquem bombes d'aire de corrent continu i bombes de circulació de 12 V dissenyades per a la integració de tancs plantats - prou silencioses per al funcionament durant la nit, prou fiables per a una programació diària sense vigilància i prou eficients per funcionar contínuament sense costos energètics significatius.
