Домашний питомец -  аквариум -  Содержание и уход- Аквариум как биологическая система

Основными действующими лицами в биологической системе нашего аквариума являются рыбы, высшие растения, водоросли, микроорганизмы и человек. Да, именно человек, который создал и обслуживает аквариум - это один из основных его компонентов. Естественно, я не имею в виду то, что вы должны забраться в аквариум и в нем поселиться. Дело в том, что аквариум не является замкнутой биологической системой, и человек в его жизни играет почетную и очень ответственную роль регулировщика. Часто от аквариумистов-любителей можно услышать фразу такого типа - у меня в аквариуме все естественно, как и в природе. К сожалению, это совершенно неправильно. Для того чтобы разобраться в этом, сравним, как обстоят дела в природе и в аквариуме.

Биологические системы характеризуются процессами круговорота различных химических элементов, их соединений и энергии между компонентами системы. Практически все природные системы используют в качестве первоначального источника энергии энергию солнечного света. Исключением являются несколько уникальных биологических систем, которые поддерживаются за счет энергии геохимических процессов, происходящих в недрах Земли. Энергия Солнца преобразуется растениями в органическое вещество, которое служит источником питания для остальных живых существ биологических систем. Имеется несколько химических элементов, которые играют первостепенную роль для жизни, их принято называть биогенными элементами. Важнейшие биогенные элементы - кислород, углерод, водород, азот, фосфор, кальций, калий, магний, натрий, сера, фтор. Для аквариумной системы обычно очень важен круговорот кислорода, углерода, азота, фосфора и реже других биогенов.

Круговорот углерода в природе можно грубо описать следующим образом: растения, используя энергию солнечного света, создают из углекислого газа (СО2) сложные органические соединения. Различные животные поедают растения и используют созданные ими органические соединения в двух направлениях: часть для построения собственного тела и часть для дыхания (т.е. для получения энергии).

В результате дыхания часть углерода снова возвращается в атмосферу в виде углекислого газа. Причем большая часть созданного растениями органического вещества используется растительноядными существами (их принято называть консументами первого порядка) именно на получение энергии. Затем хищники (консументы второго порядка) потребляют консументов первого порядка и аналогичным образом используют по-лученные соединения углерода. Образуется так называемая пищевая цепочка. На каж-дом из ее этапов остается все меньше соединений углерода. Обычно пищевые цепочки состоят максимум из 4-5 звеньев. Часть органических веществ достается не тем, кто активно охотится, а тем, кто довольствуется разложением остатков чужого пиршества или умершими живыми существами. Эти организмы принято называть редуцентами, на них тоже кто-то охотится.

Таким образом, вместо линейной пищевой пирамиды мы имеем дело со сложной разветвленной системой пищевых цепочек. Однако это не меняет существа дела - большая часть фиксированного растениями углерода возвращается в круговорот в виде углекислого газа, а трофических уровней редко бывает больше пяти. В природной биологической системе наблюдается дефицит органического вещества, за него идет активная борьба между различными организмами.

Что же происходит в аквариуме Начало примерно такое же: растения продуценты органического вещества, используя энергию света электрических ламп, фиксируют СО2 и наращивают свою биомассу. Но потребление этого растительного органического вещества в аквариуме происходит в очень ограниченных масштабах. Практически никогда не удается содержать вместе специализированных растительноядных рыб и живых растений в аквариуме. Рыбы слишком быстро съедают все растения, и достичь устойчивого баланса растения - консументы первого порядка очень непросто. Большинство аквариумных рыб не едят растения в таком количестве, чтобы ограничить их рост, несколько съеденных нежных молодых листочков не в счет. Других консументов первого порядка, например водных насекомых, в декоративных аквариумах практически никогда не содержат.

Таким образом, в аквариуме или вообще нет живых высших растений, или если они есть, то они растут без ограничений со стороны потребителей. Схожая картина наблюдается и с низшими растениями - водорослями (о них будет отдельный разговор). Во многих случаях высшие растения растут в аквариуме так быстро и интенсивно, что целиком заполняют аквариум, и человек вынужден забирать часть растений из аквариума. Итак, в аквариуме пищевая цепочка растения - растительноядные организмы - хищники обычно не существует. Человек, с одной стороны, работает как консумент первого порядка (забирает часть выросших растений), с другой стороны - кормит рыбок, т.е. работает опять-таки как консумент первого-второго порядка, но уже в другом смысле. Чувствуете ответственность? Вы должны потреблять аквариумные растения не очень интенсивно и не 'съесть' их слишком много и не слишком мало, иначе оставшиеся могут или не выжить, или сильно замедлят свой рост (об этом попозже). И вы должны кормить рыбок достаточно для их жизни, но не слишком много, иначе или рыбки умрут с голода, или редуценты, живущие в аквариуме (читай организмы, осуществляющие биологическую фильт-рацию), могут и не справиться с таким обилием пищи.

Но это еще не все: у нас ведь есть редуценты, которые разлагают органическое вещество отмерших растений (а у некоторых балбесов и умерших рыб) и остатки переваренного рыбами корма. Редуценты в своем большинстве - микроорганизмы. Устойчивое убеждение многих аквариумистов, что моллюски (читай: улитки) являются редуцентами, неправильно. Вы должны еще поработать регулятором численности редуцентов - т.е. опять консументом, не надо надеяться, что это за вас сделают улитки. Вы должны, как минимум чис-тить грунт и фильтр. Опять важно не перегнуть палку. Редуценты нам нужны для биологической фильтрации, но их не должно быть слишком много. В цикле углерода в аквариуме человеку иногда приходится быть еще и редуцентом, т.е. потреблять излишки органики из воды, например, закладывая в фильтр активированный уголь. Таким образом, цикл углерода в аквариуме практически полностью подчинен человеку. В аквариуме, в отличие от природных биологических систем, нет саморегуляции по углероду и замкнутого углеродного цикла.

В природе круговорот азота обычно начинается с того, что живые организмы фиксируют молекулярный азот (N2). Важно отметить, что молекула азота состоит из двух атомов, которые очень прочно соединены между собой тройной связью. Разрушить эту молекулу и использовать атомы азота в биосинтезе способны очень немногие живые организмы - лишь некоторые бактерии и сине-зеленые водоросли. Все остальные живые организмы способны использовать только минеральные и органические соединения азота. Крайне небольшая часть минерального азота в естественных природных условиях образуется в результате физических воздействий на молекулы азота (например, в атмосфере под действием ионизации).

При этом минеральный и органический азот очень легко преобразуется в газообразные соединения, в том числе и в молекулярный азот, и опять улетучивается в атмосферу. Естественно, что доступный азот обычно в природе находится в дефиците и ограничивает продуктивность биологических систем. В аквариуме, в отличие от природных биологических систем, азот часто находится, наоборот, в избытке. Поэтому основная проблема азотного цикла в аквариуме сводится к удалению из воды его соединений.

Еще один важнейший биогенный элемент - фосфор. В природе фосфор вовлекается в биологический круговорот в результате разложения горных пород. Основное и очень важное отличие круговорота фосфора от круговорота других биогенов (кислорода, углерода, азота) состоит в том, что при этом не образуется летучих соединений фосфора. В результате фосфор не удаляется из биологических систем, а накапливается в них, причем чаще всего он накапливается именно в водных биосистемах. В реки и озера он вымывается из почвы и обратно в наземные биосистемы ему попасть довольно трудно. В естественных условиях насыщение природных водоемов фосфором происходит редко, однако человек многое решает не только в аквариуме, но и в природе. В результате происходит перенасыщение фосфором природных водоемов и, как одно из следствий, цветение воды и замор рыбы. В аквариуме также происходит накопление фосфатов, и это может привести к аналогичным последствиям.

Теперь мы готовы к тому, чтобы обсудить вопрос о красоте аквариума. Оказывается, красота имеет свою биологическую основу. Возьмем, например, произведения одного из самых известных аквариумных дизайнеров - Такаши Амана. Его аквариумы густо засажены растениями, рыбы подобраны очень тщательно и аквариум не перенаселен, корм подается очень небольшими дозами и сразу съедается, обязательно установлено лучшее оборудование и плюс к этому производится регулярная частичная подмена воды в аквариуме. Аквариум выглядит очень здорово, но зачем такие сложности?

Естественные природные биологические системы практически всегда олиготрофны. Это означает, что они бедны биогенными элементами. Однако если баланс смещается и происходит накопление биогенов в природном водоеме, то в нем начинается процесс, который принято называть эвтрофикацией. Как пример олиготрофной биологической системы возьмем лесное озеро в Карелии. Что мы наблюдаем: прозрачная чистейшая вода, высшие растения растут на дне, рыб не очень много, ровно столько, сколько может прокормиться. Сравним это озеро с водоемом в черте города или в сельскохозяйственной зоне. Что же мы видим: мутная непрозрачная вода, дно еле видно только на мелководье, высших растений на дне немного, в основном дно - илистая пустыня.

Это вполне типичный пример последствий эвтрофикации, накопления в водоеме биогенных элементов. Важнейшим показателем эвтрофикации водоема является чистота, прозрачность и цвет воды. В олиготрофном водоеме прозрачная вода, в эвтрофном - нет. Почему? Главным образом потому, что при эвтрофикации наблюдается активное размножение так называемого фитопланктона - живущих в толще воды водорослей и других микроорганизмов. Если происходит очень интенсивный рост фитопланктона, то говорят, что водоем "зацвел".

При этом происходит затенение дна и донные растения умирают из-за отсутствия света, одновременно наблюдается уменьшение концентрации кислорода в придонных слоях воды. Умирают многие рыбы и беспозвоночные, образуются анаэробные зоны в грунте, в них происходит образование сероводорода и других токсичных продуктов. Как результат - большая биологическая продуктивность системы и практически полная смена количественного и качественного состава гидробионтов. Как только в воде появляются биогенные элементы, сразу найдутся желающие их использовать для своего роста. Например, многие сине-зеленые водоросли, плавающие в толще воды, способны к фотосинтезу и фиксации атмосферного азота. Таким образом, их рост в водоеме не ограничен ни углеродом, ни азотом, однако он может быть лимитирован фосфором.При этом именно фосфор часто накапливается в водоемах.

Теперь вернемся к аквариумистике. Понятно, что красивый аквариум - это олиготрофная биологическая система. Критерием чистоты аквариума может служить прозрачность воды и отсутствие обрастания водорослями стекол, растений, керамики и т.д. Как этого добиться? Необходимо следовать нескольким простым принципам: