Без кейворда

Применение песка в рифовых аквариумах: Теория и практика

В 1989 году был описан и запатентован уникальный метод поддержания качества воды (Jaubert 1989, 1991; Jaubert and Gattuso 1989). Метод был разработан в первую очередь для использования в аквариумах, хотя предполагалось и другое применение (Jaubert 1991). Патент принадлежал Жану Жоберу, и метод в конечном итоге стал известен как метод Жобера по содержанию рифов. Принципы метода, описанные в оригинальном патенте, были многочисленными и часто умозрительными, но некоторые из них заслуживают внимания. Во-первых, качество воды поддерживается биологически. Аквариум рассматривался как “реактор”, а фильтр представлял собой слой известковых отложений, разделенных на слои сеткой и расположенных над пустым водным пространством, которое позже стало называться пленумом. Концепция заключалась в том, что создавались градиенты кислорода, в которых происходили отдельные процессы нитрификации и денитрификации, что позволяло поддерживать низкий уровень питательных веществ в “реакторе”. Предполагалось, что за различные биологические процессы отвечают микробные и фаунистические популяции, хотя никаких тщательных исследований для сбора данных или подробного объяснения того, какие процессы происходят на самом деле и как они работают, не проводилось. Однако системы Jaubert в Монако поддерживались в течение длительных периодов времени и подвергались анализу качества воды, и в них поддерживалось разнообразное рифовое сообщество, включая каменистые кораллы.

Один из наиболее очевидных вопросов, возникающих у смотрителей рифов: “Как поддерживался уровень кальция и щелочности?”. Jaubert ответил, что кислоты, вырабатываемые гетеротрофами в гравийном дне, растворяют гравий, высвобождая кальций и углерод, а растворяющийся гравий нуждается в периодическом пополнении (Jaubert 1989, 1991). Однако, насколько мне известно, скорость растворения никогда не измерялась. Примерно через пять лет после описания этого метода я начал содержать рифовый аквариум в стиле Jaubert. В то время немногие из нас действительно держали аквариумы Jaubert, потому что они были по сути стеклянными коробками с водой без скиммеров или другой фильтрации; Джулиан Спрунг также был одним из первых пользователей этого метода (Sprung 2002). Как и в случае со многими другими темами в аквариумистике, споры о методе Jaubert и о том, может ли он работать или будет работать, были в основном спекуляциями тех, кто никогда его не пробовал. Тем не менее, многие из нас наблюдали, как наши песчаные ложа становились все более мелкими, но позже поняли, что это уменьшение, вероятно, было вызвано уплотнением и оседанием, а не растворением. Тем не менее, в любом песчаном слое, даже если добавляется однородный размер зерна, со временем появляются более мелкие частицы, которые можно считать карбонатным илом, что указывает на то, что происходит некоторое разложение песка, хотя происходит ли это путем растворения или механических процессов, не установлено.

За годы работы я сохранил более дюжины систем Jaubert с пленумом, но в конце концов пришел к анекдотическому выводу, что пространство пленума не имеет реальной функции. Этот вывод был позже подтвержден Toonen (2005a, 2005b) и Delbeek (2002), но см. Delbeek (2006), поскольку, судя по его комментарию, его новая точка зрения противоречит его предыдущей ссылке. Предположительно, гипоксический пленум предотвращает образование токсичного газа сероводорода в действительно анаэробных восстановительных отложениях (Jaubert 1989, 1991). Позднее на практике и в литературе было установлено, что области анаэробного производства сероводорода выделяют газ, который быстро окисляется, когда достигает аэробных поверхностных отложений (см., например, Hansen et al 1918, Mitterer et al 2001), что делает маловероятным выброс токсичного газа в толщу воды, за исключением необычных случаев; например, сообщалось, что большие скопления органического материала или крупные животные, зарывающиеся в песок, могут вызвать такой выброс и смерть от этого токсичного газа (Shimek, pers. comm.). Единственный компромисс, который я сделал в отношении метода Jaubert, заключался в том, что я использовал калквассер для замещения всех потерь воды при испарении, потому что я обнаружил, что кальций и щелочность имеют тенденцию быстро падать без добавления этих компонентов. Я не понимал, как система Jaubert может поддерживать кальций и карбонаты, необходимые для умеренного количества кальцифицирующихся видов, не говоря уже о большой популяции кораллов, если только в аквариуме не было обширного песчаного слоя или если дополнительные соединенные песчаные резервуары не были расположены в отдалении от аквариума-витрины – и даже тогда я сомневался, насколько сильно происходит растворение.

Почти одновременно с этим в аквариумистике начала утверждаться концепция глубоких песчаных грядок, развитая в основном благодаря работам Шимека (2001) и других авторов. Вскоре после этого в продаже появился Miracle Mud, известный в настоящее время как “метод экосистемы”. Я подробно рассказывал об этом (Lowrie and Borneman 1998a, 1998b), но ничто не поразило меня так сильно, как график, который я увидел у его создателя на MACNA X в Лос-Анджелесе и который показывал линейную зависимость между “успехом” и использованием “Miracle Mud”. Тем не менее, у более “естественной” фильтрации были свои сторонники, особенно после появления все более мощных протеиновых скиммеров и тенденции к ограничению питательных веществ в рифовых аквариумах (см., например, Paletta 2000). Позже и до настоящего времени многие аквариумисты сталкивались с проблемами азота и фосфора в своих водоемах, и они часто объясняли это тем, что их глубокие песчаные слои стали “поглотителями питательных веществ” и “вымывали” питательные вещества обратно в аквариум. Это мнение было распространено среди европейских аквариумистов, которые утверждали, что песчаные дно, используемые в основном в США, в конечном итоге приведут к пагубным последствиям.

В этой статье речь идет о нескольких концепциях и эксперименте. Концепции – это те статьи в научной литературе, в которых уже получены экспериментальные данные для объяснения процессов осадконакопления и того, как они согласуются или противоречат анекдотическим наблюдениям за аквариумной практикой. Они будут приведены в разделе обсуждения этой статьи, поскольку они относятся к экспериментальным результатам, которые я представлю. Эксперимент, который я проводил, был разработан с целью выяснить, в какой степени растворение песка может поддерживать потребности коралловых рифов в кальции и щелочи, как это было предложено Жаубером почти 20 лет назад; очевидно, что в аквариумном хобби все движется медленно. Однако Энтони Калфо недавно заявил, что он может поддерживать системы коралловых культур, используя растворение песка (за исключением переполненных аквариумов, заполненных быстрорастущими видами, таких как садовые аквариумы с Acropora), а также предположил, что некоторые субстраты действуют лучше других в качестве буфера. Мой предыдущий опыт работы с аквариумами в стиле Jaubert и рифовыми аквариумами в целом показал, что для поддержания адекватного уровня этих компонентов необходимо добавлять кальций и щелочь. Моя скептическая натура взяла верх, и я решил провести серию простых экспериментов, чтобы определить вероятность того, что растворение песка способно поддерживать кальций и щелочность. Следует отметить, что Жобер изменил свое мнение о концепции растворения, выдвинутой им в 1989 году, которая была спекуляцией и никогда не проверялась (Delbeek, pers. comm.). С тех пор, как он установил свои резервуары для фрагментов в Монако вместе с J.-P. Gattuso, ему быстро стало ясно, что большая потребность кораллов в кальции не может быть удовлетворена его пленумными фильтрами, поэтому он начал использовать добавки (там же).

Светлые и темные эффекты

Для определения биотического и абиотического влияния на уровень кальция и щелочности в толще воды, содержащей карбонатные пески, перемешанный и гомогенизированный смешанный субстрат размером 2 дюйма, состоящий из скелета коралла, специального рифового песка (CaribSea, Inc.), оолитового песка (CaribSea, Inc.) и фрагментов раковин, был добавлен в мензурку из 10-галлонного рифового аквариума четырехлетней давности, из которого были удалены все камни, кораллы и рыбы, чтобы остались только осадки и любые организмы, инкрустированные на стекле или обитающие в песке. Детритовый органический материал из песка был перемешан в толще воды до равномерного помутнения. Две столовые ложки субстрата были добавлены в 20 стаканов объемом 250 мл и доведены до 200 мл мутной водой из резервуара; эквивалентные частицы, полученные при отборе проб из средней части водной толщи, были добавлены в качестве органического материала, который должен быть использован гетеротрофами, предложенными Жобертом. Мензурки были накрыты перевернутой крышкой чашки Петри, чтобы минимизировать испарение, но кромка мензурки под крышкой чашки Петри обеспечивала минимальный воздухообмен между атмосферой и водой в мензурке. Гипотеза заключалась в том, что различий в измеряемых параметрах между контрольными и испытуемыми стаканами не будет.

Чтобы определить, влияет ли фотосинтез на растворение или осаждение карбоната кальция, 10 закрытых мензурок поместили в картонную коробку, заклеенную скотчем, и поместили в темную комнату. Еще 10 закрытых мензурок были помещены рядом с установленным 10-галлонным резервуаром и светильником, который был перемещен на полпути над резервуаром так, чтобы резервуар и мензурки получали эквивалентный свет с фотопериодом 10 часов в день. Значения PAR измерялись при 125 микроэйнштейнов/м 2 / с-1 как в резервуаре на уровне поверхности воды в мензурках, так и на поверхности мензурок с помощью измерителя PAR (LiCor, Inc.). Изменения в ослаблении света через воду в резервуаре контролировались путем перемещения лампы таким образом, чтобы большее количество излучения лампы достигало резервуара через воду, чем попадало в мензурки через воздух. Перемещение было минимальным, поскольку прозрачные крышки чашек Петри на мензурках обеспечивали примерно такое же ослабление, как и вода в резервуаре.

В начале эксперимента в качестве контроля из аквариума были взяты пробы воды для определения pH, кальция и щелочности с помощью двухточечного калиброванного pH-ручки (Milwaukee Instruments) и колориметрического определения кальция и щелочности (Salifert, Inc.). Измерения повторяли через неделю для определения изменений и проводили t-тест для определения значимости результатов между каждой группой и контрольным аквариумом. Показания снимались с пяти из 10 мензурок каждой группы через 90 минут после начала фотопериода, а другие пять из 10 мензурок измерялись за 90 минут до окончания фотопериода, чтобы учесть нормальные суточные колебания pH в результате фотосинтеза. Это повторяли для стаканов в темном состоянии, чтобы обеспечить последовательность измерений, хотя фотосинтез в них не должен был происходить. Результаты приведены в виде среднего значения ± стандартное отклонение.

Влияние CO ₂ -использующего кальцификат: кораллиновая водоросль, Hydrolithon sp.

Source: reefkeeping.com