Все, что сказано о движении воды при аэрации, происходит и при прогоне ее через фильтр. Однако значение фильтров в поддержании здоровья среды обитания в аквариуме значительно сложнее. И об этом разговор особый.
К абиотическим элементам в аквариуме относятся основные органические и неорганические соединения — вода, углекислота, кислород, кальций, азотные и фосфорные соли, аминокислоты, гуминовые кислоты и т. д. Лишь небольшая часть необходимых для продуцентов веществ находится в растворах и непосредственно доступна организмам, большее количество заключено в донных отложениях и в самих организмах. Таким образом, мы имеем в аквариуме не водную массу, содержащую питательные вещества, а равновесную систему из воды и твердой фазы (Ю.Одум,1975).
Скорость перехода питательных веществ в раствор в результате деятельности продуцентов и редуцентов — один из важнейших процессов, регулирующих нормальное функционирование экосистемы. По значимости наиболее важными из растворенных в воде веществ являются карбонаты, сульфаты хлориды (Р.Дажо,1975). Нитраты и фосфаты — необходимые элементы для создания живого вещества, в усвояемых формах в растворе имеются в крайне небольшом количестве, в основном они скапливаются на дне, где образуются в результате деятельности редуцентов. Бактерии утилизируют органические азотсодержащие выделения животных и превращают их в более простые вещества, доступные для усвоения растениями. Происходит минерализация азотсодержащих веществ. Переведя органические соединения в минеральную (неорганическую) форму, бактерии способствуют их окислению до нитритов и нитратов. Для точности отметим, что оба процесса осуществляют разные типы бактерий. Процесс превращения токсичных соединений азота в менее токсичные нитраты зависит от температуры воды в аквариуме, показателя кислотности, насыщенности воды кислородом и т. д. Процесс, получивший название нитрификации, зависит от состояния здоровья среды обитания в целом и рыб в частности. Если рыбы в аквариуме больны и их лечат, процесс может замедлиться, прекратиться совсем. Эритромицин, метиленовый синий полностью прекращают активность бактерий; сульфаниламид, тетрациклин сокращают их деятельность на 60–75 %.
Снижение показателя рН ниже 7 также замедляет «работу» бактерий. Отсюда следует, что длительное лечение рыб метиленовым синим может способствовать их выздоровлению, но вслед за этим надо срочно, но аккуратно начать подменивать воду, в противном случае, выздоровевшие рыбы рискуют отравиться токсичными соединениями азота. Отсюда следует также, что в аквариуме с водой рН ниже 7 хуже протекают процессы нитрификации, и он стареет значительно быстрее, чем с нейтральной водой.
Нитрификация приводит к высокой степени окисления неорганического азота, а для благополучия среды обитания необходимо привести конечные продукты нитрификации к низкой степени окисления. Этот процесс осуществляют бактерии третьего типа (научные названия и определения этих типов бактерии мы здесь не даем). Они дышат не кислородом, а окисью азота, восстанавливая азот до двуокиси и свободного газа (процесс называется денитрификацией), снижая уровень неорганического азота в воде. Удаление излишков этого азота из воды — один из важнейших путей продления здоровья и долголетия среды обитания в аквариуме. И здесь нельзя полагаться только на деятельность бактерий, аквариумист должен способствовать этому процессу путем регулярной замены части воды и периодической промывки грунта. Часть этого азота усваивают и высшие растения аквариума.
Аквариум, в котором активность бактерий и тех процессов, о которых сказано выше, уравновешена количеством органических веществ, поступающих в воду, называется сбалансированием. Иначе говоря, в этом аквариуме начинает устанавливаться стабильно уравновешенная среда обитания с гомеоста-зом. Обычно в тепловодных (выше 15 °C) аквариумных системах такая «сбалансированность» устанавливается через две недели после устройства аквариума.
«Аквариум, — замечает известный американский специалист Спотт, — может быть готов к приему животных в течение первых двух недель, но он еще не совсем уравновешен, поскольку многие важные группы бактерий еще не стабилизировались». Далее он продолжает: «Впоследствии колебания в поступлении энергетических веществ компенсируются увеличением активности обменных процессов» (С. Спотт. Содержание рыбы в замкнутых системах. — М.,1983.— С. 19), то есть увеличение подлежащих переработке веществ вызывает увеличение активности бактерий-редуцентов. Но, конечно, до известных пределов: сильно перенаселенный аквариум долго здоровым существовать не может. «Минерализация, нитрификация и денитрификация — процессы, протекающие в новом аквариуме более или менее последовательно. В установившейся системе они идут почти одновременно, согласованно, без отставания, поскольку все поступающие энергетические вещества быстро усваиваются» (С. Спотт. Там же. — С. 21). Этим, в частности, объясняется неэффективность нерегулярного внесения в аквариум удобрения для растений.
К продуцентам (производителям) относятся два главных типа растений: высшие споровые и высшие цветковые, являющиеся предметом коллекционирования среди аквариумистов (скажем так — желанные обитатели аквариума), и низшие, которые в большинстве представлены водорослями (их мы определим как неизбежных обитателей аквариума). В природных водоемах огромную роль в создании биомассы органических веществ играет фитопланктон (взвешенные в воде водоросли), роль высших растений значительно меньшая.
В уравновешенной среде обитания в аквариуме роль высших водных растений значительно больше, чем фитопланктона, присутствие которого в прозрачной воде совершенно незаметно. Но в одном случае этот фитопланктон становится заметен и вызывает катастрофу в аквариуме. Это происходит, когда под влиянием излишней освещенности прямыми солнечными лучами вода «зацветает»: сначала разрастание фитопланктона придает ей белесый цвет, затем зеленоватый, зеленый непроглядный и, наконец, темно-зеленый с чернотой в слабо освещенных углах.
Сидящие на субстрате (песок, камни, стекло, высшие растения, улитки) водоросли более заметны и относятся к четырем группам: сине-зеленые (развиваются обычно в начальной фазе жизни аквариумной среды), бурые (при недостаточной освещенности), зеленые (их присутствие нормально в уравновешенном аквариуме, а разрастание говорит об избыточной освещенности) и красные (так называемая «черная борода» разрастается в деградирующих, сильно загрязненных аквариумах). Роль растений в аквариуме значительна — это целая химическая фабрика, влияющая на остальные компоненты модели экосистемы.
К консументам (потребителям) относятся все животные обитатели аквариумов. Их выделения (газы при дыхании, экскременты, метаболиты, феромоны и т. п.) существенно влияют на состояние аквариумной среды обитания.
Для уравновешенного длительного стабильного состояния этой среды следует выполнять три правила, о которых уже шла речь: избегать перенаселенности аквариума, не допускать столкновения «профессиональных» потребностей его обитателей, соблюдать возможность свободного определения «адресов» населяющих аквариум видов. И, конечно, умеренно кормить. Надо помнить, что многие глубоководные обитатели океанов питаются порой раз в год или полтора, а нашим аквариумным рыбам недельный голод только полезен.
Остается уточнить один вопрос — где расположены одни из основных компонентов экосистемы — разлагатели, восстановители — специализированные виды бактерий, играющие столь большую роль в жизни и благополучии нашей модели? В природе — обычно в грунте. В аквариуме — тоже в грунте, среди крупинок не очень мелкого песка (аквариумисты обычно о таком грунте говорят — «песок заилился»).
Грунт вообще играет большую роль в жизни модели экосистемы аквариума — это своеобразная «кухня погоды». Состояние грунта определяет величину редокс-потенциала (окислительно-восстановительного показателя среды), влияет на показатель рН среды, препятствует или, наоборот, способствует скоплению токсичных веществ и т. д.
Качество грунта определяется и организмами, которые в нем живут. Известно, что плодородие почвы зависит от ее обитателей, например дождевых червей. Роль дождевых червей в грунте аквариума, способствуя циркуляции в нем воды и органических веществ, выполняют трубочник и живущие в грунте моллюски (чаще в аквариумах встречаются тропические улитки мелании). Первые при активных рыбах недолго выполняют свою роль, вторые годами живут и размножаются в аквариумах. Кстати, мелании — прекрасные индикаторы «здоровья» среды обитания в аквариуме: если это «здоровье» нарушено, они в массе покидают грунт и гроздьями повисают на растениях и стеклах аквариума.
Все сказанное о грунте справедливо только в том случае, если мы не будем его периодически промывать с целью продления зрелой фазы среды обитания. При регулярной промывке, обновлении грунта мы, естественно, нарушаем весь этот микромир песка и его важную роль в «здоровье» модели экосистемы.
Здесь мы подходим к роли аквариумных фильтров. Обычно в пособиях для любителей аквариума о них говорится как о средстве удаления из аквариума мути и грязи. На самом деле роль фильтра значительно сложнее: именно на его субстрате (фильтрующем материале — вате, гравии) поселяются столь важные для сбалансированного существования модели экосистемы различные бактерии. Именно в фильтрах происходит таинство утилизации органики, переработка химических веществ, устранение токсичных соединений, которых подробно говорилось выше. Именно в них происходит при надобности увеличение или сокращение массы редуцентов, которая и обеспечивает сбалансированность и долголетнее существование аквариума. Фильтрующую массу, как известно, тоже периодически перемывают, но на быстром протоке воды она вновь наполняется массой бактерий именно в том количестве, в каком требуется для сохранения сбалансированности среды.
Следовательно, даже в аквариуме с кристально чистой водой необходима постоянная работа фильтра, постоянный принудительный прогон через него воды с помощью эрлифтных или инжекторных систем, если мы хотим дольше сохранить в аквариуме стабильную жизнедеятельность экосистемы.