"Субстрат является самым важным фактором
для поддержания баланса в аквариуме длительное время."
Такаши Амано

субстрат в Nature Aquarium

> многослойный субстрат по ADA
> циркуляция воды в субстрате
> микроэлементы в грунте
>
фритты (Fritted Trace Elements)
> анаэробные условия в грунте
> органика в субстрате
> емкость обмена катионами - CEC
> виды субстратов с высоким CEC
> конкуренция за аммоний
> торф/гумат
> свойства смеси лава+торф
> рекомендации

Количество мифов вокруг состава субстрата для водных растений очень велико. В большинстве своем они вызваны незнанием самих принципов работы субстрата, для чего именно вносится тот или иной компонент и его роли в системе аквариума с растениями. Например старая история с органикой. В разное время были популярны как некий "рецепт успеха" ил (сапропель), садовая земля (гумус), навоз буйвола, коровы, носорога, тапира, биогумус¬ и т.д. Другая группа - пористые метриалы как лава, Gravelite®, керамзит... Третья группа - дорогие мало полезные Flourite, Laterite, Seachem Flourite, EcoSand, тененессит, голубая глина, кирпичная крошка. Четвертая - субстраты значительно улучшающие рост растений как Akadama, цеолит¬, вермикулит, перлит, адсорбент для кошачьих туалетов (Kitty Litter), арциллит¬, диатомит¬...

Споры по каждому из них обычно не имели смысла, потому что никак не затрагивали тему зачем эта добавка в субстрате и какова роль субстрата вообще в конкретной Системе¬ содержания аквариума с растениями. Поиски глины некоего цвета без знания что это и зачем безо всякого смысла заводили многих на дальние карьеры вместо ближайшего магазина для садоводов. Если знать зачем каждый из компонентов нужен в субстрате, как и почему он работает в конкретной Системе¬ содержания аквариума с растениями, можно легко модернизировать любой "рецепт" (например ADA) купив все нужное в ближайшем магазине для садоводов и получить совершенно идентичный результат: если добавка Х имеет требуемое свойство как и добавка Y в рецепте, физика и биохимия процессов будет одинакова. Разница только может быть в удобстве для пользователя/покупателя. Любой "чудодейственный" субстрат или добавки имеет конкретные физические и химические свойства. Знание этих свойств развеет мифы и поможет каждому самостоятельно сделать оптимальный субстрат для выращивания водных растений. Данная статья рассматривает принципы работы субстрата и добавок на примере самого лучшего из существующих - субстрата по ADA.

Субстрат по ADA.

На данный момент лучших субстратов чем у ADA просто нет. Хотя можно сделать субстрат дающий такие же темпы роста водных растений сделав самодельный Power Sand pmas¬ с биогумусом и верхним слоем из кальцинированной глины¬, таких буферизирующих свойств, удобства и эстетики вам не получить.

Субстрат по ADA радикальным образом отличается от всего что мы привыкли видеть в аквариуме с растениями. Ранее использовали обычный нейтральный гравий с небольшими добавками торфа, железосодержащих минералов и/или глины. Большое количество органики считалось ненужным и даже вредным. Такой субстрат не мог обеспечить растения всем необходимым питанием, и основным источником было внесение удобрений только в воду¬. Успешные методики содержания аквариума с растениями с очень богатым питанием субстратом ограничивались только использованием садовой земли.

Субстрат по ADA состоит из двух слоев - нижнего из лавы 6-12мм Power Sand¬ слоем 1.5-2.5см, и верхнего Aqua Soil¬ слоем 5+см. Power Sand содержит немного органики (биогумус, торф?) и запас минеральных удобрений. При закладке в аквариум в него также добавляются культура бактерий и микроэлементы. Поверх Power Sand укладывается верхний основной слой в который высаживаются растения - Aqua Soil Amazonia. Он представляет собой отожженные в печи гранулы 3-6мм из смеси богатой органикой и гуминовыми кислотами тропической почвы c глинистой почвой с высоким CEC. Aqua Soil Amazonia наcтолько богат питанием, что даже без закладки Power Sand обеспечивает растения питанием год и более без внесения жидких удобрений в воду. Чаще всего он используется без Power Sand в нижнем слое т.к. практика показала что последний нужен только если аквариум закладывается на срок более 1.5 лет.
Через 6-12 месяцев запасы субстрата начинают истощаться, и начинают вносить жидкие макроэлементы (в основном фосфат PO4), увеличивают дозировку микроэлементов. Aqua Soil выпускается в четырех версиях, подробнее о которых читайте в статье ADA¬. Amazonia является наиболее богатой разновидностью и далее подразумевается именно он. Грунт ADA не нуждается в длительном зацикливании и дает бурный рост с первых же дней после закладки аквариума. Вносимый в Power Sand Bactor 100 (культура более чем 100 видов бактерий) и запас органики дает мощный старт жизни грунта. Бактерии перерабатывают органику в Aqua Soil и Power Sand давая питательные вещества. Они удерживаются CEC и передаются корням растений без выброса в воду. Ранее всегда шла борьба между приверженцами теории закладки удобрений только в грунт, и сторонниками доставки всех питательных веществ только через воду¬. ADA показала что субстрат как основной источник питания растений дает значительно лучшую Стабильность¬.

ADA создала систему которая не колеблется между крайностями класть удобрения в грунт или нет. Растения получают хорошую возможность роста с первых дней после закладки аквариума. Питание растений никогда не ограничено только одним источником питания, и каждый тип растений в любой момент получает то, что ему нужно. Жидкие удобрения ADA¬ соответствуют разным этапам жизни субстрата. Первые 3 месяца питания в воде с избытком, поэтому вносятся только калий и немного железа, а макроэлементы не вносятся вообще (Brighty K + Green Brighty Step 1). Это позволяет без ограничения роста растений (они питаются из грунта!) большими подменами воды легко избавиться от избытка питания в воде, не лишая при этом питания растения. Бурный рост растений очень быстро приводит к исчезновению водорослей¬, и при отсутствии новых Триггеров¬ они больше не возвращаются. Через 3 месяца, когда избыток выброса питания в воду проходит а растения хорошо укоренились и нарастили большую биомассу. Дозы микроэлементов и Fe в воду увеличиваются (Green Brighty Step 2). Далее запасы питательных веществ в субстрате постоянно восполняются за счет медленного разложения органики в грунте бактериями, накопления ила, высвобождения связанных в субстрате питательных веществ корнями и микроорганизмами, зарядки CEC¬ жидкими удобрениями¬. Через 12 месяцев по причине заиливания и слеживания питательность субстрата и развитие корней ухудшаются. Специальная формула удобрений Green Brighty Step 3 богатого калием и железом исправляют ситуацию. Начиная с 3 месяцев при необходимости можно вносить и удобрения с макроэлементами серииGreen Brighty Special. Когда аквариуму будет больше года запасы удобрений в грунте истощаются, и появляется необходимость вносить подкормку под корни растений. Таким образом линейка удобрений ADA соответствует разным стадиям жизни субстрата, который является основным источником питания. Со временем органическая составляющая Aqua Soil разлагается и гранулы распадаются, что снижает питательность субстрата и увеличивает заиленность. ADA Power Sand¬ укладываемый на самое дно сохраняет циркуляцию воды в грунте. Для предотвращения накопления ила в NA старые листья растений немедленно удаляются - никаких гниющих остатков на дне быть не должно! Мощная фильтрация канистровым фильтром с производительностью помпы 8-10 объемов в час¬ и правильная схема движения воды¬ значительно способствуют быстрому удалению взвешенных частиц уменьшая образование осадка на дне.

Субстрат по ADA имеет целый ряд решений которые ранее не использовались:
· органика в каждой грануле дыщащего субстрата вместо обычных садовой земли, ила/сапропеля заиливающей субстрат
· огромный буфер, годы поддерживающий оптимальный pH и kH воды аквариума и грунта
· очень большое количество гуминовых кислот, несмотря на большое количество органики
· низкий pH в сочетании с органикой богатой фосфатами не приводит к выбросу P
· высокий CEC у всего объема субстрата, а не только тонкого нижнего слоя
· пористая лава в нижнем слое для предотвращения анаэробности и предоставления большой площади культуре бактерий перерабатывающих органику в Aqua Soil и иле
· гранулы более крупные чем у гравия дают отличную проницаемость для корней растений.

Органика в виде садовой земли или сапропеля в смеси с песком используется для выращивания водных растений с конца 19-го века. Ее эффективность и надежность для обеспечения питания растений на долгие годы известны. Но оставались главные проблемы, как то почти полная анаэробность субстрата что приводит к снижению активности бактерий (мало кислорода), большое неудобство, мутная вода при малейшем беспокойстве субстрата, необходимость укладки очень толстого слоя грунта слоями и невозможность его перемещения после закладки аквариума... Решение ввести органику¬ и гуматы в каждую гранулудало субстрат с поистине уникальной эффективностью, удобством и красотой.
Никто до этого не использовал субстрат со столь большой буферной емкостью (способность понижать pH и kH) который способен годы поддерживать pH и kH воды в аквариуме в нужном диапазоне. Считалось что субстрат должен быть нейтральным, и не должен изменять pH или другие параметры воды. Использовалась только небольшая добавка в нижний слой торфа для понижения pH субстрата, но не воды. Столь большое количество гуминовых кислот в грунте как у ADA никто не использовал из за опасения слишком низкого pH и как следствие - большого выброса PO4 и железа в воду. Это оказалось совершенно ложным представлением. Как вы увидите в статье о фосфате в грунте¬ правильное сочетание органики, глины с высоким CEC¬ и гуминовых кислот позволяет создать идеальные условия для формирования естественного цикла разложения органики бактериями, образования питательных веществ в форме доступной для растений, их удержания в субстрате, и эффективной передачи корням растений. Похоже что именно сочетание органики и глины с высоким CEC¬ влияющими на буфер и жесткость воды (Ca/Mg) позволяет даже при таком большом количестве гуминовых кислот получить равновесие буфера и предотвратить чрезмерное понижение pH воды и субстрата. В то же время Aqua Soil способен понижать жесткость и pH воды в аквариуме очень длительное время. Возможно ADA и не была первой кто сделал гранулированный субстрат с такими буферизирующими свойствами, ведь сейчас есть дюжина аналогов аквасойл¬, но ее формула дающая наилучший рост растений из всех и остается вне конкуренции.
Это пожалуй первый субстрат с таким высоким CEC. Верхний слой субстрата Aqua Soil обладая большим CEC¬ служит в качестве буфера накапливая питательные вещества из воды и органики. Высокая буферная емкость питательных веществ субстрата с высоким CEC играет важнейшую роль в стабилизации экосистемы¬. До Aqua Soil использовали только небольшое количество глины для увеличения CEC¬.

А теперь попробуем подробнее разобраться почему в Nature Aquarium используется именно такой субстрат. Сначала сформулируем главные требования к субстрату в аквариуме с растениями:
· способность накапливать и эффективно передавать корням растений питательные вещества (CEC¬)
·
слабокислая реакция pH<6.0-6.5
·
оптимальный редокс потенциал
·
запас органики на год и более
·
сохранение слабой циркуляция воды в субстрате для длительной жизни аквариума
· большая площадь поверхности для поселения колонии бактерий
· не должен слеживаться и комковаться
· хорошая проницаемость для корней растений
· не должен повреждать корневую систему.
^

Циркуляция воды в субстрате.

Загнивание субстрата происходит от слишком малого количества кислорода. Чем больше кислорода, тем больше будет колония бактерий в грунте и тем эффективнее она будет преобразовывать аммоний в нитрат предотвращая вспышки водорослей.
О влиянии слабой циркуляции воды в грунте на длительность жизни аквариума с растениями при полном отсутствии водорослей и необходимости постоянно вносить удобрения в субстрат писали и в книге Dupla “The Optimum Aquarium” и в статье 2000г. “Substrate Heating in the Planted Aquarium: Myth, Magic or the Real Deal?”, George and Karla Booth. Подогрев субстрата по мнению Джорджа и Карлы Бут даёт следующие преимущества:
1) теплый грунт для определённых видов растений (напр. Barclaya longifolia)
2) ускоряет биохимические процессы – реакции восстановления, те которые делают питательные вещества более растворимыми
3) восполняет запасы питательных веществ в субстрате, накапливаемых материалами с высоким CEC¬
4) удаляет из субстрата вредные вещества
5) дает хелатирование микроэлементов органическими молекулами (гуминовыми веществами, выделяемых торфом и илом или биогумусом¬)
6) восстановительные реакции преобладают над окислительными, так что микроэлементы не выпадают в осадок или даже восстанавливаются из окисленного состояния (как Fe).

Разница подхода ADA и Dupla в том, что в общем случае ADA обеспечивает слабую циркуляцию воды в субстрате только за счет нижнего слоя из ADA Power Sand (лава+торф+органика), а Dupla для этой цели использует подогрев субстрата. ADA рекомендует подогрев субстрата только если температура в помещении где стоит аквариум обычно бывает низкой (<10°C). ADA объясняет что при слишком большой разнице температур воды в грунте и остальном аквариуме вода как бы расслаивается на холодную и теплую. В результате теплая вода всегда вверху - над грунтом, холодная всегда внизу – в грунте. При этом используется не кабельный нагреватель, а наклонное стальное фальшдно - ADA Growth Plate¬ с обычным терморегулятором под ним. Считается что конвекционные потоки для движения воды в грунте можно получить только сделав неравномерный нагрев, то есть уложив кабель с определённой мощностью нагрева с определённым шагом, но ADA так не делает. При нормальной температуре в помещении циркуляцию воды¬ естественным путем обеспечивает нижний слой с лавой - ADA Power Sand¬, а для предотвращения прекращения циркуляции воды и замедления биохимических реакций разложения органики нагрев осуществляется по всей площади грунта равномерно, и только(!) в случае установки аквариума в холодном помещении (<=10°C). (источник)
Подход ADA намного проще и эффективнее в обычных условиях, и надежнее если температура в помещении часто бывает ВЫШЕ 24°С (см. далее). Это создает тот же эффект слабой циркуляции воды в субстрате, но без дорогостоящего оборудования в случае с холодным помещением, и без расхода электроэнергии в случае помещения с нормальной температурой. Кроме того, культура бактерий в пористой лаве будет намного богаче, что даст гораздо больше преимуществ нежели при подогреве субстрата с нижним слоем традиционного¬ состава с очень малой пористостью - торф+глина, латерит, гумус, вермикулит и прочих практически полностью анаэробных и крайне неудобных для аквариума смесей.
Кроме того, при нормальной температуре помещения в котормо установлен аквариум подогрев субстрата теряет всякий смысл, а получить циркуляцию воды можно ТОЛЬКО при помощи пористого субстрата вроде лавы в нижнем слое. Дело в том что терморегулятор/кабель под грунтом ставится на температуру на 1-2 градуса выше (26-27°С) чем нормальная температура воды 25°С. Если летом вода будет теплее, нагрев грунта отключится, и циркуляция все равно прекратится! Лава же сохраняет циркуляцию, благодаря чему в помещении с нормальным температурным режимом циркуляция воды в грунте будет работать всегда. Подогрев грунта нужен только если температура в помещении бывает 10°C и ниже, когда лава бессильна.
Более того, в смысле доставки кислорода в субстрат за счет небольшого движения воды большую роль играет и само количество воды в нижнем слое. Чтобы происходило движение воды через верхние слои субстрата нужен большой градиент концентраций питательных веществ и температуры между нижним слоем грунта и водой в остальном аквариуме. Совершенно очевидно что чем больше объем воды в нижнем слое субстрата (т.е. чем выше его пористость) - тем выше градиент, и тем интенсивнее будет обмен воды между ним и аквариумной водой. В результате кислорода поступает больше, а верхний слой лучше перезаряжается питательными веществами. 75-90% объема занимаемого пористыми материалами вроде лавы и гравелита (обязательно со сквозными порами!) - это вода, поэтому они и работают на порядок лучше чем обычный крупный гравий. Если же внизу лежит обычный гравий, объем воды будет очень мал (~20-30%), со временем еще больше усугубится накоплением медленно перерабатываемого донного осадка, что неизбежно приведет к прекращению движения воды и загниванию субстрата. Использование лавы дает большой объем воды в нижнем слое и больше кислорода, предотвращая полную анаэробность субстрата на долгие годы.
Джордж и Карла Бут (George Booth, Carla Buth) говорят что продолжительность жизни их аквариумов с растениями была до 18 месяцев без кабеля, и >5 лет с кабелем. Такой же результат гарантирует и ADA, но при использовании только ADA Power Sand БЕЗ всякого подогрева субстрата (в помещении с температурой 22-24C, в чем я (naman) и убедился на протяжении более чем четырех лет. Таким образом, сделав нижний слой из смеси лава+торф вы получите движение воды как от использования подогрева субстрата по Dupla/Dennerle и множество других преимуществ.

В обоих случаях главная цель обеспечения слабой циркуляции воды в субстрате – продлить срок жизни сада под водой и заставить максимально эффективно работать субстрат с высоким CEC¬ и запасом органики¬. Если вы делаете аквариум на 8-12 месяцев, можно обойтись без лавы в нижнем слое и использовать обычный гравий или какой-нибудь пористый субстрат: нижний слой 3см гравий 5-10мм с добавкой цеолита или диатомита, торфа, биогумуса¬ и микроэлементов как в pmas¬, а верхний слой из гравия 2-5мм или кальцинированной глины¬. Если вам нужно сделать подогрев грунта в холодном помещении (<=10°C) надежнее будет уложить и лаву в нижний слой, и сделать подобие ADA Growth Plate¬ из куска алюкобонда с ребрами из алюминиевого уголка. Ставьте под фальшдно надежный терморегулятор с электронным управлением¬ и пленочным нагревателем - Hydor THEO или Hydrosafe Plus-2.

Для тех у кого нет грунтов ADA журнал Aqua Journal¬ предлагает простой рецепт:
" Субстраты из нескольких разных слоев будут иметь большую продолжительность жизни, а укладка их слоями улучшает проницаемость. Например, для самого нижнего слоя смешайте гравий фракции 5-10мм с Fuji sand (лава) той же фракции. Добавьте немного удобрения для грунта основанного на песке который можно купить в магазинах. Разровнять слоем около 3см. Для среднего слоя, то же самое, но без удобрения и немного меньшей фракцией гравия и лавы Fuji (5-7мм). И наконец, верхний слой - 2см гравия с размером гранул 5мм, это даст возможность укорениться растениям сразу после посадки. Гравий Fuji и другие гравии вулканического происхождения имеют слишком грубую поверхность для субстрата повреждающие корни. Обычный гравий смешивается с лавой Fuji чтобы предотвратить комкование и отвердение субстрата, улучшения его проницаемости. Корни Echinodorus и Cryptocorine сравнительно толстые, и пространство между частицами обычного песка для них слишком мало. Если нет гравия Fuji, лучше всего смешать гравий с гранулами разного размера. Без опасения можно использовать готовый субстрат вроде Malaya или Amazonia производства ADA, Japan. Удобрение нужно добавлять только в нижний слой субстрата для предотвращения его утечки в воду аквариума, что предотвращает появление различных видов водорослей." (www.vectrapoint.com)
Если вместо гравия используется ADA Aqua Soil¬, то он сам по себе имеет хорошую проницаемость, и помощь Aqua Soil становится не такой существенной. Грунт в Nature Aquarium сифонить нельзя¬ !

Очень важно использовать для верхнего слоя¬ гравий фракции 2-5мм - он не позволяет илу проваливаться в нижние слои субстрата, и тем самым надежно предотвращает нижние слои от заиливания¬ и полной анаэробности. Такая фракция создает оптимальный редокс потенциал, не слишком низкий и не слишком высокий для правильной работы субстрата. Кроме того, в богатом кислородом верхнем слое ила будет хорошо развиваться колония гетеротрофных бактерий¬ которые быстро разлагают осевшую органику.
Иногда для предотвращения полнойанаэробности грунта используютоднойслойный субстрат из крупного гравия фракции 5-10мм - керамзит и подобные ему керамические пористые материалы, битый кирпич и пр. В этом случае невозможно положить в нижние слои запас микроэлементов и органики - они сразу же попадут в воду и приведут к вспышке водорослей. С таким грунтом наивно полагаются на постепенное накопление ила между гранулами. Это происходит за 3-6 месяцев, после чего рост растений существенно улучшается. Но чуть позднее ил проваливаясь глубоко между гранулами быстро приводит к полной анаэробности субстрата - рост растений снова прекращается, и грунт загнивает. О невозможности высадить мелкие растения переднего плана в такой грунт я здесь даже не упоминаю... Укладка верхнего слоя фракции 2-5мм слоем ~3см не допустит такой ситуации, но без нижнего слоя лава+торф+биогумус проблема с блокированием движения воды в нижних слоях останется.
Таким образом, использование ADA Power Sand в нижнем слое и мелкой фракции с высоким CEC в верхнем решает основные проблемы субстрата - заиливание и полную анаэробность.
^

Микроэлементы в грунте.

Растения получают микроэлементы двумя путями - через листья и корневую систему. Обеспечение растений железом и микроэлементами через корневую систему является важнейшей задачей. Это значительно улучшает питание растений улучшая Стабильность. В случае проблем с водорослями подмены воды усиливаются, и концентрация железа в воде резко падает. Если в субстрате не будет запаса железа растения не смогут потреблять CO2, NO3, PO4 и улучшить рост - борьба с водорослями будет дольше и сложнее. В субстрат микроэлементы вносить в хелатированном¬ виде не нужно. Корни растений при умеренной анаэробности и достаточно низком редокс потенциале субстрата могут выделять особые энзимы способные восстанавливать из окисленного (неупотребимого) состояния железо и др. микроэлементы делая их употребимыми. Восстанавливают микроэлементы и гуминовые кислоты торфа. Большое количество органики¬ также является эффективным средством понижения редокс-потенциала и хорошим источником железа.
В субстрате микроэлементы существуют в легко доступном (растворенном), и "недоступном" виде. Легко доступные для питания растений микроэлементы находятся в связанном виде виде при помощи хелаторов, органических DOC¬, или же искусственных¬. Оставаться в растворе без помощи хелаторов они не могут потому что очень быстро окисляются и выводятся из раствора, т.е. выпадают в осадок. Например, двухвалентное железо [Fe2+] в богатом кислородом грунте формирует оксид и гидроксид железа¬ (трехвалентное Fe3+) и выпадает в осадок. Элементы которые ведут себя подобным образом это железо Fe2+, кальций Ca2+, магний Mg2+, натрий Na+, калий K2+, марганец Mn2+, цинк Zn2+, медь Cu2+. Но растения все же могут потреблять микроэлементы, в том числе и железо, из "недоступных" источников при помощи энзимов выделяемых корнями, благодаря преобразованию их бактериями в растворимую форму, хелатированию природными хелаторами - органическими кислотами DOC¬, и благодаря предотвращению окисления микроэлементов путем их удержания участками CEC¬ субстрата.
В почвах почти все железо присутствует в окисленной форме Fe3+, но это восе не означает что оно не может быть доступным для питания растений. Все растения, кроме злаковых, чтобы адсорбировать и употребить железо через корни должны его преобразовывать в форму Fe2+ (Absorbtion and assimilation of Iron in plants). Чтобы выполнить это преобразование корни выделяют особый энзим (fercic-chelate reductase), который восстановливает железо до Fe2+. Этот энзим ответственен не только за усвоение железа, но и всех остальных металлов, причем при недостатке какого-либо элемента, неважно Mg, Mn или Zn кроме железа он заставляет растение накапливать большие количества других металлов - Cu, Fe, Mn (см. Secrets of soil nutrient uptake). Fe2+ также фиксируется органикой в виде DOC-Fe3+, а днем под воздействием света и УФ из него высвобождается Fe2+ (подробнее¬). Бактерии Pseudomonas живущие только в условиях умеренной анаэробности (anoxic) тоже могут в результате своей жизнедеятельности преобразовывать Fe3+ в двухвалентное железо Fe2+¬, которое сразу же фиксируется CEC субстрата и DOC, сохраняя его доступность для корней растений.
Железо в субстрате может быть и в растворимой форме: "В условиях субстрата с низким содержанием кислорода (anoxic) нерастворимый гидроксид железа плюс водород от разложения органической материи соединяются и образуют довольно растворимый железистый гидроксид и воду: (Fe(OH)3 + e- + H+ -->Fe(OH)2 + H20)". (Recognizing Wetland Soils). Сифонка грунта не только разрушает культуру бактерий верхнего слоя, но и резко повышает редокс потенциал, снижая тем самым доступность микро- и макроэлементов для растений. По этой причине сифонить грунт в аквариуме с растениями нельзя¬. Если субстрат недостаточно анаэробен, а pH слишком высок, эти механизмы работать не будут, и растения не смогут получить железо из субстрата.
Проще говоря, CEC и хелатирование схожи в смысле влияния на способность потребления растениями микро- и макроэлементов: CEC работает в грунте, и важен для корневого питания, а хелаторы¬ в основном в воде. Круговорот перехода микроэлементов из недоступного состояния в доступное происходит постоянно, и зависит от множества факторов.

Фритты - (Fritted Trace Elements - FTE).
В качестве источника микроэлементов лучше использовать фритты (Fritted Trace Elements - FTE). Впервые фритты были предложены Badger и Bray. Делают FTE следующим образом: микроэлементы смешиваются с силикатами, смесь спекается при температуре 1000°С, охлаждается холодной водой и перемалывается до тонкой пудры. При этом образуются труднорастворимые неорганические соли (сульфаты, фосфаты, карбонаты) которые в таком виде недоступны для питания растений. Они НЕ растворяются в воде и в почве высвобождаются очень медленно. (A.C. Bunt) Это делает их очень стабильным, концентрированным, и действующим длительное время источником микроэлементов, как в грунте для наземных растений, так и в аквариуме. В отличие от других форм микроэлементов в FTE микроэлементы в окисленной форме и полностью водонерастворимы, так что выброса в воду не будет никогда даже если перевернуть субстрат.
Но чтобы растения смогли ими воспользоваться в субстрате нужно создать должные условия. Для обеспечения уровня редкос потенциала при котором происходит восстановление и высвобождение микроэлементов глубина субстрата должна быть не менее 5см. FTE всегда закладывают только в самый нижний слой и вносят немного торфа. Верхний слой должен быть достаточно мелким (смесь частиц от 2 до 5мм). Все эти меры понизят редокс потенциал¬ субстрата до нужного значения (-200-3000mV), и железо из Fe3+ будет восстанавливаться до F2+ и потребляться растениями. То же происходит и с другими микроэлементами. Без соблюдения этих условий FTE нужного эффекта не дадут в принципе!

• ВНИМАНИЕ! Без слоя грунта фракции 2-5мм глубиной минимум 5см такие добавки как FTE, micronized iron и JBL Florapol/JBL The 7 Balls/JBL The 7+13 Balls просто не будут работать. Нужно создать умеренно анаэробные условия и подходящий редокс-потенциал чтобы корни растений могли извлечь из них микроэлементы! Торфа нужно совсем немного (притрусить дно), иначе будет слишком низкий редокс и избыточное высвобождение микроэлементов в воду.

Наиболее распространенные фритты для аквариума с растениями это JBL Florapol/JBL The 7 Balls. Срок их действия - три года. Цена - более чем приемлемая. JBL Florapol (350г для аквариума 50-80см $5, и 700г для аквариума 80-120см $8, инструкция¬). Это не просто 25% железо в форме оксида железа (iron oxide) а и глина с высоким CEC, микроэлементы Mn, B, Co, Zn, + 6 других. Они медленно используются растениями не менее трех лет. После истощения JBL Florapol в грунт добавляются шарики JBL The 7 pellets (то же что и JBL Florapol, только спрессованный). JBL Florapol вносят в самый нижний слой субстрата. Сверху уложить гравий 2-5мм слоем 4-6см (для понижения редокс-потенциала, иначе удобрение не будет работать!). Прим.: считается что гравий 2-3мм для нижнего и среднего слоя слишком мелкий и вызывает избыточную анаэробность субстрата. Используйте укладку грунта по ADA¬ – нижний слой 2,5см лава 5-10мм в смеси с торфом, а сверху или гравий 5-10мм + верхний слой 2,5см гравий с размером частиц 2-3мм, или же кальцинированную глину¬.
При отсутствии JBL Florapol можно купить в магазине для садоводов обычные фритты. FTE выпускаются с очень разной рецептурой. Часто в смеси с NPK. Основной для нас компонент железо может быть 1%, а может и 14%. Фирмы производители (Европа) – Manutec, RICHGRO, Micromax, Librel. Очень богат железом “Micromax FRITTED TRACE ELEMENTS 503” - 17.7% (состав: K 2.3%, Zn 7.6%, Cu 3.2%, Mn 9.7%, Boron 3.2%, Fe=17.7%, Mo 0.2%, pdf). Отличные пропорции у Carl Pool's Hibiscus Food - без бора и меди(!), с пропорцией азота к фосфору N=10, P2O5=4, K2O=10 (Fe 1.1%, Mg 3.95%, Zn 0.05%, Mn 0.05%, Ca 4.6%, S 9.87%).
Если нет FTE в качестве источника железа можно использовать Micronized iron (MI). Это тоже не хелат, а растертый в очень мелкий порошок оксида железа Fe2O3 89-99%. Бывает разных цветов (обычно черный) и используется как краситель. Содержит 25% железа. Растения при помощи особого энзима могут восстанавливать¬ оксид железа до употребимой формы при тех же условиях в субстрате что и из фриттов. В продаже бывает в магазинах для художников.
Для наземных культур в почву вносятся очень небольшие количества FTE/MI один раз в три года. В аквариуме FTE следует использовать очень умеренно, только в самом нижнем слое субстрата. Дозировка зависит от процента железа и остальных микроэлементов. С середины 90-х Steve Pushak использовал смесь садовая земля+песок+FTE+торф и рекомендует 10 небольших гранул чистых FTE на 1 кв. фут (35х35см = 0.1225м2) площади дна. Это примерно 1 чайную ложку на аквариум 90х45х45см. (Substrates for Aquatic Plants) Если это смесь из FTE + макро как Carl Pool's Hibiscus Food нужно значительно больше.
^

Анаэробные условия в грунте.
Доступность железа [Fe] и других макро- и микроэлементов для питания растений зависит от количества кислорода в грунте, редокc потенциала, и pH. Умеренно анаэробные условия в грунте дают несколько важных преимуществ для роста растений. Корни водных растений приспособлены к почти анаэробным условиям подводного субстрата. Они имеют корневые волоски как у наземных растений, которые могут вообще не сформироваться если субстрат недостаточно анаэробный. Это хорошо заметно когда растение растет в слишком крупном грунте (вроде крупного гравия, битого кирпича, керамзита) без верхнего слоя мелкой фракции 3-5мм и пускает очень длинные толстые белые корни стремясь достичь более подходящих для питания растения слоев субстрата. Умеренная анаэробность понижает редокс потенциал, что значительно увеличивает растворимость микроэлементов и повышает концентрацию аммония [NH4+] в грунте, увеличивает доступность железа, азота, фосфора и пр.

Органика в субстрате.

Коренные отличия системы ADA от других методов закладки органики в субстрат:
- источник органики используется очень концентрированный
- органика составляет малую часть от объема гранул ADA Aqua Soil которые представляют собой смесь глины и тропической почвы с очень высоким содержанием гуминовых кислот
- субстрат хорошо проницаем что предотвращает анаэробность
- в нижнем слое (опция) используется пористая лава ADA Power Sand, что вместе с проницаемостью верхнего слоя ADA Aqua Soil предотвращает загнивание субстрата.

Важнейший компонент субстратов ADA - большой запас органики. Органика в субстрате вместе с высоким CEC являются основой Системы ADA призванной максимально увеличить Стабильность¬ аквариума. Именно субстрат является основным источником питания для растений. В первый год после закладки аквариума внесение микроэлементов минимально. Благодаря высокому CEC субстрат накапливает питательные вещества предотвращая их недостаток для растений, тем самым предотвращая вспышки водорослей.
Растения действительно могут обойтись только питанием из воды, но при нормальных (а это низкие) концентрациях фосфатов в воде предпочитают питание именно из субстрата¬. Какие именно источники органики можно использовать для аквариума с растениями смотри в разделе биогумус¬.
Органика в субстрате важна и для улучшения снабжения корней растений железом: "Органика в почвах оказывает положительное влияние на растворимость железа за счет восстановительной реакции пропорционально количеству Fe содержащемуся в биомассе. Известно например что добавление органики в почву с дефицитом Fe оказывает положительный эффект на растения, но с другой стороны при внесении золы от такого же количества органики не приводит к подобному эффекту. Биологическое разложение органики дает электроны e- и другие агенты восстановители которые понижают редокс-потенциал¬ почвы, создавая восстановительные микросреды (дефицит O2) в почве в которых увеличивается концентрация доступного растениям Fe(II). Из этого следует, что поддержание наличия органики в почвах дает доступное железо длительный срок. (Lindsay, 1991)". (from: ABSORPTION and ASSIMILATION of IRON in PLANTS, DR. ADALBERTO BENAVIDES MENDOZA (LE: May 2006), перевод на англ. Roger Miller, 05/06/2006)
Гетеротрофные бактерии увеличивают соотношение P:N (см. Redfield ratio¬), а большое количество азота в субстрате увеличивает и  соотношение C:N¬ значительно улучшая нитрификацию и минерализацию предотвращая вспышки сине-зеленых водорослей¬. Следовательно, чем больше в субстрате органического и неорганического азота (NO3, NH4) связанного CEC-ом субстрата, тем лучше происходит нитрификация и минерализация донного осадка, лучше доступность для корней макро- и микроэлементов, и тем меньше заиливание грунта – т.е. богатый органикой субстрат значительно улучшает Стабильность¬.
Для использования в аквариумном субстрате органики самой важной ее характеристикой является лабильность¬ (степень разложения органики). Чем ниже лабильность органики, т.е чем выше степень её разложения - тем меньше будет гниение и анаэробность субстрата, выше питательная ценность. Садовая земля, навоз и подобные им содержат много высоколабильной органики и неизбежно загнивают. Самыми лучшими источниками органики являются низколабильный биогумус¬ (вермикомпост), сапропель/аквариумный ил. Оптимальным является содержание органики 10-20%. Бóльшие количества вызывают полную анаэробность и загнивание субстрата с угнетением роста растений.
Корни растений могут активно транспортировать в грунт кислород, тем самым повышая слишком низкий редокс потенциал делая его оптимальным для питания. В здоровом аквариуме с большим количеством хорошо растущих растений они могут доставлять так много кислорода, что удерживают полностью заиленный слишком богатый органикой субстрат от загнивания. Но это нежелательное состояние потому что при временном ухудшении роста растений субстрат может очень быстро загнить - произойдет большой выброс питательных веществ в воду что вызовет вспышку водорослей, а растения начнут погибать. Оптимальным субстратом является умеренно анаэробный (anoxic), хорошо проницаемый, богатый органикой, высоким CEC, с незначительной циркуляцией воды, оптимальным pH=6.0-6.5 и редокс потенциалом.

Емкость обмена катионами (CEC).

Питательные вещества в растворе находятся в форме положительно или отрицательно заряженных ионов. Когда минеральные соли растворяются в воде они разделяются на два иона: позитивно заряженный катион X+ и негативно заряженный анион X-. Катионы+ питательных веществ могут притягиваться к негативно заряженным участкам минералов, гуматов, или органики удерживают их, тем самым предотвращая от окисления выпадения в осадок в неупотребимой для растений форме. Корни растений отдавая H+ берут потребляют эти катионы. Такая способность веществ называется емкостью обмена катионов (Cation Exchenge Capacity). Вот более точные объяснения что такое CEC:
"Ёмкость обмена катионами (CEC) характеризует способность субстрата предоставлять питательный резерв для потребления растениями. Это сумма катионов, (или позитивно заряженных ионов, которые могут быть обменены с корнями растений) которое может адсорбировать субстрат на единицу веса или объема. Обычно измеряется в миллиграммах на 100 грамм или 100 куб.см (meq/100g или meq/100cm3). Высокий CEC субстрата - это высокая удерживающая емкость питательных веществ для потребления растениями между внесениями удобрений. Высокий CEC обеспечивает буфер от внезапных колебаний солености и pH субстрата. Важные в комплексе обменных катионов это кальций (Ca++) > магний (Mg++) > калий (K+) > аммоний (NH4+) и натрий (Na+). Микроэлементы которые также притягиваются к частицам субстрата включают железо (Fe++ и Fe+++), марганец (Mn++), цинк (Zn++) и медь (Cu++). Катионы легко привязываются к негативно заряженным участкам частиц субстрата пока не освободятся в раствор, адсорбируются корнями растений, или обменяются на другие катионы удерживаемые в частицах субстрата.
"Емкость обмена катионами – важный индикатор плодородия почв. Он показывает способность почвы доставлять три важных питательных вещества: кальций, магний, и калий. CEC измеряет способность почв удерживать катионы путем электрического притяжения. Катионы это позитивно заряженные элементы, позитивный заряд которых обозначается знаком + после символа элемента. Число знаков + указывает количество заряда, которым обладает элемент. Пять наиболее распространенных катионов в почвах это кальций Ca++, магний Mg++, калий K++, натрий Na++ и алюминий Al++. Катионы удерживаются негативно заряженными частицами глины и гумуса, называемыми коллоиднымичастицами. Коллоиды состоят из тонких, плоских пластин, для своего размера имеющих сравнительно большую площадь поверхности. По этой причине они способны удерживать огромные количества катионов. Они действуют как склад питательных веществ для корней растений. Когда корни растений потребляют катионы с коллоидной частицы, другие катионы в грунтовых водах заменяют их. Если есть большая концентрация определенных катионов в грунтовых водах, эти катионы заставят другие катионы отсоединиться от коллоидной частицы, и занимают их место. Чем сильнее негативный заряд коллоидной частицы, тем больше сила удержания обменных катионов, то есть емкость обмена катионами - CEC". (Cation exchange capacity)
Сейчас концентрация катионов (CEC) выражается новой единицей meq/100g равной старой - количества сентимолей на килограмм (cmol(+)/kg).
Проще говоря, способность субстрата притягивать к негативно заряженным участкам положительные ионы (катионы) питательных веществ и удерживать их, делая доступными растениям когда они понадобятся и есть CEC, cation exchange capacity (емкость обмена катионами).

Притягиваются они в соответствии с силой притяжения к сайтам CEC в порядке приоритетов: Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4+ > Na+ и H2PO4- > SO42- > NO3- = Cl-. Если в растворе появляется ион который притягивается сильнее, более слабый замещается на участке CEC им. Понятно что любой субстрат с высоким CEC притягивая Ca2+ и Mg2+ снижает жесткость воды. Чтобы при первоначальной закладке в аквариум такие субстраты сильно не понизили жесткость воды их можно "зарядить"¬ в растворе питательных веществ на и/или уложить под грунт биогумус¬, минеральные удобрения продленного действия Osmocote® или Valagro Actiwin®. Ионы K+, NH4+, H2PO4-, NO3-, микроэлементы займут сайты CEC и кальций/магний притягиваться не будут. Жесткость воды почти не изменится, а растения получат долговременный запас питания в грунте. Помните что CEC отдает накопленные вещества только корням растений, энзимам, гуматам и др. органическим соединениям, но не в воду, иначе CEC не давал бы никакой пользы. ADA Aqua Soil¬ специально сделан таким чтобы понижать pH/kH/GH воды до оптимальных величин. Это одно из его важнейших свойств.

Значения CEC (Cation Exchange Capacity) для разнообразных субстратов.
CEC (Cation Exchange Capacity) for various growing media.
Material / материал
Cation Exchange Capacity,
meq/100g или cmol/kg
Perlite / перлит
1.5 - 3.5 meq/100g
Silt / ил
3.0 - 7.0 meq/100g
Clays / глины
22.0 - 63.0 meq/100g
Pine Bark / сосновая кора
53.0 meq/100g
Vermiculite / вермикулит
82.0 - 150.0 meq/100g
Sphagnum peat / сфагновый торф
100.0 - 180.0 meq/100g
Humus / гумус
200.0 meq/100g
Peat moss : Vermiculite, 1:1 / торф. мох : вермикулит
141.0 meq/100g
Peat moss : Sand, 1:1 / торф. мох : песок
8.0 meq/100g
Peat moss : Perlite, 1:3 / торф. мох : перлит
11.0 meq/100g
Peat moss : Perlite, 2:1 / торф. мох : перлит
24.0 meq/100g
[Sources: see Bunt, A.C. 1988, and Landis, T.D. 1990]
сфагновый торф (sphagnum peat)
15 meq/100g
ирландский сфагновый торф (sphagnum peat)*
75-100 cmol/kg
лава
5-6 meq/100g (источник)
гумат¬, Lignite, Leonardite (Dimond Black™, Reare Earth)
500-600 meq/100g
ADA Aqua Soil¬
30-40 meq/100g (источник)
Цеолит.  
натуральный цеолит (Clinoptilolite)
46 meq/100g
натуральный цеолит*
185-220 cmol/kg
ZeoPro™ (цеолит с синтетическим апатитом)
100 meq/100g
Ecolite®, Western Organics (цеолит)**
35.1 cmol/kg
EcoSand®, ZEO, Inc. (цеолит для с/х)**
150-180 meq/100g
ZeoSand®, ZEO, Inc. (цеолит, для фильтрации воды)
35.1 cmol/kg
Zar-Min® (цеолит, добавка в корм для животноводчества)
175 meq/100g
Z-Ultra® (цеолит с размером частиц 4.5 micron)
175 meq/100g
Кальцинированная глина или арциллит (calcined clay, arcillite)  
Profile, Turface, Turface Black¬
33.2; 29.8; 41.1 meq/100g
(Jamie S. Johnson)
Profile (кальцинированная глина)**
21.5 cmol/kg
Soil Master® (кальцинированная глина)**
21.7 cmol/kg
Greenchoice и Profile (кальцинированная глина)*
33.6 cmol/kg
Диатомит.  
Isolite CG (диатомит не кальцинированный)*, **
0.8 cmol/kg
AXIS® (кальцинированный диатомит)**
7.8 cmol/kg
диатомит -DiaHydro™, JJS Resources
42 meq/100g
прим.: таблица дополнена naman
* из Inorganic Soil Amendments in New Sand-Based Rootzones Can Reduce Nitrogen Loss; Cale A. Bigelow
** по данным ZeoInc.

Как видно из Таблицы (CEC лавы ниже¬), наибольшим CEC обладают сфагновый торф, гумус, и вермикулит.

Не менее важна и емкость обмена отрицательными частицами анионами, или Anion exchange capacity, AEC: "Субстрат также удерживает малые количества анионов - негативно заряженных ионов, в дополнение к катионам. Однако, емкость обмена анионами пренебрежительно мала, позволяя анионам таким как нитрат (NO3-), хлор (Cl-), сульфат (SO4-) и фосфат (H2PO4-) уходить из субстрата." (Something to Grow on, Cornell University, или www.aquabotanic.com) Обеспечение растений фосфатом PO4 за счет AEC и связыванию соединениями алюминия и железа в глине является важнейшей задачей, которую тоже прекрасно выполяет ADA Aqua Soil.
^

Виды субстратов с высоким CEC.

Важность высокого CEC субстрата и польза от внесения органики и торфа в грунт давно известны любителям растений. Но ранее в смеси с торфом использовались другие материалы с высоким CEC - в основном глина, бентонит (kitty litter), вермикулит и гумус (садовая земля). Смеси с ними имеют ряд серьезных недостатков (мутят воду, плавучесть, гниение), делающих их применение или ограниченным, или не рациональным, и они не удобны как основная база CEC субстрата. Традиционно в субстратах используются имеющие высокий CEC торф и гумус (садовая земля), но они тоже не могут служить основой смесей и давать основной CEC ввиду физической нестабильности (органика), гниения, и ограниченности по объему. Например слишком большое количество торфа чрезмерно понизит не только pH субстрата, но и воды. По множеству причин они могут укладываться ТОЛЬКО в нижнем слое субстрата, что ведет к анаэробности. Замена этих компонентов на более удобные материалы применимые как основной верхний слой субстрата (кальцинированная глина¬, цеолит¬, диатомит¬) даст высокий CEC и избавит от множества проблем. Эти смеси дают очень хороший рост растений благодаря большому запасу органических удобрений и высокому CEC. Но если от них отказаться, как тогда заложить в грунт органику? Ответ нижний слой лава+торф+биогумус. Для обеспечения циркуляции воды в основе смеси с биогумусом лучше использовать лаву, хуже - Gravelite®, цеолит или диатомит.
Известно что в грунте не должно быть ничего что гниет. В природе соотношение массы воды к грунту другое, и процессы гниения оказывают совсем иное воздействие нежели в искусственном биотопе аквариума. Крайне важно чтобы грунт не слеживался и вода циркулировала вокруг корней, иначе через пару месяцев начнет гнить органика с выделением крайне ядовитого газа сероводорода H2S (с запахом тухлых яиц) или даже метана(!) при добавлении слишком большого количества глины в садовую землю. В таких условиях даже возможно обратное преобразование бактериями нитрата NO3 в токсичный нитрит NO2!
Никогда не применяйте, пишет К. Кассельман, латерит, вермикулит, глину, суглинки и мелкий песок для нижнего слоя: пару месяцев у растений бурный рост а потом неизбежно начнется загнивание корней. То же касается и однослойных субстратов состоящих только из крупной гальки 5-15мм, независимо из какой (мраморная крошка, битый кирпич, лава, кремний). Первые несколько месяцев рост растений будет бурным, а потом ил забивает поры между частицами грунта до самого низа, делая его полностью анаэробным! По этим причинам для аквариума с растениями НЕприменимы cледующие добавки в грунт: гумус (садовая земля), большие количества глины, суглинки, молодой торф, лиственный перегной, латерит (можно только как добавку), вермикулит, перлит, мелкий песок (<=2мм). Рассмотрим аргументы за и против каждого из них...

Глина
Глины имеют довольно высокий CEC, но создают полную анаэробность субстрата, делают воду мутной при пересадках растений и имеют ограничения на толщину верхних слоев грунта. Использовать следует только нежирную, тиксотропную глину (растворяется в воде, не слипается). Кроме того, большинство аквариумистов не имеет доступа или просто не знает глин нужного сорта и качества. Далеко не всякая глина обладает высоким CEC - нужно брать совершенно определенные виды глины, причем с довольно большой глубины. Даже при получении качественной глины она имеет очень неоднородные характеристики и без лабораторного контроля качества не обойтись. Глины также нужно проверять на наличие фосфатов, пестицидов и пр. ядохимикатов, а также не содержит ли она соединений кальция повышающих GH воды.
Пример коммерческой добавки в грунт из глины - Tropica® AQUACARE PLANT SUBSTRATE. Он значительно улучшает рост растений. От загнивания субстрата спасает то что закладывается тонкий слой в самом низу субстрата. Для нижнего слоя если не делать лучшую смесь из лавы и торфа, значительно лучше глины использовать смесь цеолит+торф¬ или диатомит+торф. По своим свойствам лучше обычной глины - бентонит. Но без внесения биогумуса¬ такая добавка не даст запаса питания, и аквариум по прежнему будт жить полагаясь на жидкие удобрения, хотя высокий CEC субстрата очень важен для обеспечения стабильности питания растений, а значит и отсутствия водорослей.

Бентонит (bentonite)
Это глиняный наполнитель для кошачьих туалетов (Kitty Litter, Kitty cat litter, Special kitty). Судя по составу в обзоре Jamie S. Johnson¬ это бентонит 60-70% которого составляет монтмориллонит - глина с высокой абсорбционной способностью и соответственно высоким CEC. Уже много лет очень успешно используется в качестве нижнего слоя при выращивании водных растений, но имеет те же недостатки что и использование обычной глины - превращается в жижу и делает воду мутной при пересадках растений, быстро становится анаэробным. Преимущество - гарантированно очень высокий CEC и высокая эффективность, дешевизна и доступность. Используется в смеси с торфом, песком и активированным углем. Kitti Litter часто использовался 10-15 лет назад, но сейчас его популярность быстро падает. Это тиксотропная глина вообще не имеющая пластичности, поэтому не надейтесь что намокнув она "слипнется" как обычная глина. Так как она полностью раскисает в воде, при покупке размер гранул роли не играет. Так как может использоваться не чистая порода, а смесь глин (в т.ч. 30-40% бентонита) с 15-25% доломита [(Ca, Mg)2(CO3)2] повышающего жесткость воды и pH, каждый бренд нужно испытывать в аквариуме. Некоторые наполнители могут иметь pH 7.5-8.5 что делает их пригодными для выращивания только некоторых криптокорин. Как видим kitty litter, как и обычные глины, нужно выбирать с правильным составом. Следите за тем что написано на упаковке, и уж точно не используйте для этой цели наполнители с ароматизаторами и пр. добавками! Остерегайтесь подделок. Тем не менее, значительно лучше взять какой-то kitty litter испытанного в аквариуме брэнда, чем закладывать в субстрат собранную в местном карьере глину с совершенно неизвестным CEC (чаще всего почти нулевым).
Бентонитовые наполнители для кошачьих туалетов: Pi-Pi-Bent Classic, Pi-Pi-Bent для котят, Котяра™, Kotoff ("Компания Бентонит", Россия), САНИМАКС (ООО НПФ "Витагал", Затисянский химзавод, Украина).
На порядок лучше бентонита - цеолит¬ /сепиолит - sepiolite, Mg4Si6O15(OH)2x6H2O)/ который гораздо реже используется в качестве наполнителя для кошачьих туалетов. Чистый цеолит - "Ася".
Если аквариум делается на год-два проще положить только Биогумус¬.
"Сырая" глина бентонит на 60-70% состоящая из монтмориллонита является сырьем для производства кальцинированной глины¬ - единственного субстрата который почти ничем не уступает ADA Aqua Soil.

Вермикулит (Vermiculite/Yolo loam)
Смесь сфагнового торфа с вермикулитом обладает очень большим CEC (140 meq/100g), но вермикулит имеет ряд недостатков. Это плавучий материал который невозможно использовать не смешав с вязким материалом, например глиной, которая имеет свои недостатки. Глина не предотвратит анаэробности субстрата, а пересадка растений приводит к выбросу глины и вермикулита в воду. Это крайне неудобный материал для аквариума. Замеры CEC вермикулита Jamie S. Johnson показали значение 33.7 meq/100g. Кроме того он очень мало весит, то есть даже при довольно большом объеме он даст совсем не такой большой CEC субстрата в целом как можно подумать.

"Вермикулит медленно выпускает питательные вещества для потребления растений; в среднем он содержит 5-8% калия и 9-12% магния. Этот неорганический материал может поглощать фосфат – некоторая его часть остается в доступной для потребления растениями форме, но он не может поглощать нитрат, хлорид и сульфат. Вермикулит может фиксировать аммоний в форме, которая недоступна для питания растений. Этот зафиксированный азот медленно трансформируется микроорганизмами в нитрат и становится доступным для потребления растениями… Вермикулит, который был обработан водоотталкивающими веществами, не может быть использован в качестве субстрата для аквариума. По той причине что вермикулит со временем слеживается, для поддержания достаточной пористости его нужно смешивать с другими материалами как например торф или перлит. Его не следует использовать в смеси с песком или другим твердым материалом, потому что при разрушении внутренней структуры вермикулита уменьшается его пористость и дренирующие свойства." (Landis 1990, Substrate and Fertilization Introduction)  
Но даже при такой компенсации эта смесь очень неудобна для использования в аквариуме.

Садовая земля (гумус)
"Гумус, конечный продукт разложения органической материи, имеет высокий CEC потому что коллоидные частицы органики имеют большое количество негативных зарядов. Гумус имеет CEC в 2-5 раз больше чем монтмориллонитовая глина (сырье для производства кальцинированной глины¬), и до 30 раз больше чем каолинитовая глина (kaolinite clay)..." (Cation exchange capacity)
Если упростить, то в общем гумусом называют верхний слой плодородных почв. Обычно используется верхний слой обычной садовой земли. Гумус имеет высокий CEC (~200 meq/100g) и содержит очень много органики. Использование гумуса в субстрате тоже имеет ряд недостатков. Высокое содержание неразложившейся органики практически всегда приводит к загниванию субстрата с образованием сероводорода и бактериальным вспышкам, которые можно подавить только УФ-лампой, но ее лучи разрушают хелатные комплексы¬ и уменьшают эффективность применения жидких удобрений. Гумус способствует закисанию грунта, полной анаэробности, и не сохраняет своих свойств на длительный срок. Используется в старом методе "садовой земли" развитом Diana Walstad (нижний слой - 5см земля+песок 1:4) в книге "Ecology of the Planted Aquarium: A Practical Manual and Scientific Treatise for the Home Aquarist" (PDF 12.6Mb). Не путайте гумус с биогумусом¬ (earthworm castings) - органическим компостом переваренным земляным червем, который в смеси с лавой и торфом значительно лучше использовать в качестве органической подкормки для нижнего слоя субстрата чем садовую землю. Делают и смесь глина+песок+садовая земля, но кроме того что она полностью анаэробная и загнивает, она еще и производит горючий газ Метан! (Sols terreux + paysages-aquatiques.com)

Латерит
Flourite (CEC=1.7) и CaribeSea Laterite (CEC=6.7) как и лава имеют CEC немногим больше чем простой песок и не могут служить хорошей питательной базой, кроме источника железа. Значительно лучше природных латеритов гранулированный Laterite (CEC=17.2) и Duplarite G (CEC=16.2) в смеси с небольшим количеством торфа, но на них тоже имеется масса нареканий. Дорогие и занимающие большой объем Латериты используются исключительно как источник железа могут быть легко заменены на очень дешевые и экономичные Fritted Trace Elements¬ (FTE) или JBL Florapol (аналоги ADA Iron Bottom) или оксид железа объемом всего 100-200мл. В принципе их можно использовать как основу смеси вместо лавы, но они не имеют такой пористости, очень дорогие, и сильно мутят воду. Латерит - самый большой миф о субстратах.

Кальцинированная глина (calcined clay)
Из всех субстратов с высоким CEC для верхних слоев субстрата наиболее перспективны глины (бентонит=фуллерова земля=монтмориллонит, иллит) которые можно термически обработать и получить т.н. кальцинированную глину¬ обычно называемую арциллит (брэнды: Profile, Turface, Shultz, Soilmaster и пр.). Добавки в почву из арциллита производятся в очень больших количествах, дешевы и широко доступны. Они имеют прекрасный CEC~30-180meq/100g, пористость ~74% и физически совершенно стабильны (это гравий 2-5мм) - то есть имеют неограниченный срок использования. Так как Profile/Turface/Soilmaster с 90-х используются в аквариуме с растениями с отличным результатом, они могут быть основным субстратом для аквариума с растениями и в сочетании(!) с биогумусом дадут рост растений и запас питания сравнимый с ADA Aqua Soil Amazonia. Они заслуживают ОТДЕЛЬНОЙ БОЛЬШОЙ СТАТЬИ¬.

FERKA AquaBase
Этот материал стоит особняком и приобретает все большую популярность. FERKA AquaBase это преимущественно органика, но очень концентрированная - на аквариум 200л нужно всего 250-750г смеси. Смесь медленно разлагается отдавая питательные вещества в грунт, способствует формированию колонии бактерий. Удобна тем что вносится очень маленький объем упрощая установку аквариума у заказчика. См. несколько примеров использования Tropica Plant Substrate, FERKA AquaBase+Laterite с конкурса CBAP и на APC. Состав точно неизвестен, но работает он очень хорошо. Субстрат явно получает как минимум высокий CEC.

Tropica® AQUACARE PLANT SUBSTRATE
Что касается роли субстратов с высоким CEC в обороте питательных веществ в аквариуме, то здесь можно привести пример нового продукта Tropica® AQUACARE PLANT SUBSTRATE. На стр.3 каталога и в PLANT SUBSTRATE - test results указано НА СКОЛЬКО ИМЕННО улучшается рост растенийот применения субстратов с высоким CEC:
"Эффект от PLANT SUBSTRATE был испытан на целом ряде растений разного типа и цветов. Результаты отличные. В сравнении с растениями выращиваемыми в чистом гравии, в аквариуме где использовался PLANT SUBSTRATE все использованные виды растений показали позитивный результат." В таблице можно видеть что рост растений ускорился на 15-50%. Например Alternanthera reineckii "lilacina" ускорила рост на 26%, Hygrophila polisperma "Rozanervig" на ~28%, Vallisneria americana "Mini twister" на ~30%, Echinodorus bleheri на ~15%, а Hemianthus micranthemoides улучшил рост на ~40%. (источник: AquaCare products - properties, usage and test results Dealer Guidу, 2006)
"PLANT SUBSTRATE действует как долговременное хранилище питательных веществ для водных растений, гарантируя прекрасный и здоровый рост. PLANT SUBSTRATE это натуральный концентрат глины и сфагнового торфа, укладываемый как самый нижний слой субстрата при закладке аквариума. Глина и торф медленно отдают питательные вещества корням растений и связывают питательные вещества в воде в нижнем слое. Удаление питательных веществ из воды уменьшает риск нежелательного роста водорослей."
"Ускорение роста также означает увеличение потребления водными растениями питательных веществ. Они потребляются как из нижнего слоя субстрата, так и из воды, что уменьшает количество доступных питательных веществ для роста водорослей."
"PLANT SUBSTRATE создает здоровую динамику питательных веществ в аквариуме. Способность глины и торфа связывать и высвобождать питательные вещества означает что PLANT SUBSTRATE удерживает питательные вещества. Они впоследствии отдаются растениям, а не в воду. Более высокие темпы роста также означают уменьшение концентрации питательных веществ в воде, таким образом ускоряя их потребление из воды."
Есть и другие данные¬ подтверждающие предпочтение растений питаться из субстрата. Не менее интересны данные об ускорении роста от внесения в субстрат Органики¬.
Одним из первых Tropica Aquacare Plant Substrate использовал для своего нового аквариума Norbert Sabat.
Аналоги этого субстрата - Ferka Aquabase, JBL AquaBasis PLUS.

Многие перечисленные выше материалы (глины, бентонит, садовая земля, вермикулит, латерит) в смеси с торфом создают хорошую питательную базу с высоким CEC, но субстрат довольно быстро (через год) становится полностью анаэробным, и корни растений загнивают. Аквариум приходится перезакладывать. Всем кто использовал такие смеси известна ситуация с черными корнями и запахом сероводорода уже через несколько месяцев после закладки аквариума. Тест Tom Barr шести субстратов¬ четко подтвердил загнивание чистого ила и смеси песок+земля уже через четыре недели использования.
Такие смеси имеют не только ограниченный срок жизни, но и не позволяют уложить верхние слои нужной толщины. Из-за опасности полной анаэробности поверх смеси гумус+торф нельзя делать верхний слой толщиной более 5см, а из-за выброса фосфатов нельзя меньше чем 2.5см. Это совершенно не подходит для создания Nature Aquarium.
Отсутствие слабого движения воды в нижних слоях приводит к расслаиванию воды и понижению температуры грунта, что имеет негативный эффект на развитие корней, культуру бактерий, и темпы роста растений. Это приводит и к тому, что как только запас питательных веществ в гумусе закончится, высокий CEC потеряет эффективность - негативные участки не получат новых микроэлементов для перезарядки из воды или верхних слоев субстрата (там где образуются питательные вещества от разложения органики гетеротрофными бактериями).

Смесь лава+торф+биогумус в качестве нижнего слоя тоже дает большой запас органики и высокий CEC субстрата, но в отличие от них небольшая циркуляция воды¬ и хорошая проницаемость надежно предотвращает от полной анаэробности, и позволяет восполнять запасы грунта за счет перезарядки негативных участков микро- и макроэлементами. Субстрат с таким нижним слоем имеет неограниченный срок жизни. Кроме того, его толщина всего 1,5см (вместо 2.5-5см смеси глины, вермикулита или гумуса с торфом), и он позволяет уложить верхние слои толщиной 12-15см. Вы получите высокий CEC, внесете органику без опасности загнивания субстрата, и сможете использовать для основного верхнего слоя нейтральный гравий или Profile/Turface¬ слоем любой толщины. Подробнее см. рекомендации¬ в конце этой статьи.
Лучшая альтернатива лаве для нижнего слоя - пористый Gravelite®. Он давно используется любителями водных растений Италии. CEC гравелита неизвестен, но главное для нижнего слоя - движение воды и высокая пористость. Хуже - крупный цеолит¬ и DiaHydro¬.

Здесь важно отметить, что длительность жизни субстрата в аквариуме с растениями зависит не только и не столько от проницаемости и циркуляции воды в субстрате, сколько от здорового роста растений, что упоминается всякий раз противниками концепции улучшения циркуляции воды. Большое количество корней пронизывающих грунт активно доставляют в него кислород, то есть растения в значительной степени сами создают оптимальные условия в анаэробном субстрате. Болотные растения вообще растут в полностью анаэробном субстрате, и грунт не превращается в смертоносную зловонную смесь только благодаря корням растений. Однако огромные проблемы при малейшем ухудшении роста растений радикально ухудшающие стабильность не позволяют полагаться только на это свойство корней растений, и обеспечивать надлежащую проницаемость субстрата, циркуляцию, и ни в коем случае не перенасыщать грунт органикой (в природе оптимум 10-15% по массе).
^

Внесение жидких удобрений в воду.
Внесение микро¬ и макроэлементов¬ в воду регулярно восполняет запасы субстрата за счет слабого движения воды в субстрате. Это подтверждается опытом использования смеси лава+торф+материал с высоким CEC в качестве нижнего слоя без внесения запаса органики.

Конкуренция за аммоний.
Что касается аммония [NH4+], то он является предпочтительным источником Азота [N] для растений. Если он присутствует в концентрации 0,02 мг/л растения используют его, а НЕ нитрат [NO3]. Аммоний будет производиться в грунте в больших количествах из удобрений содержащих нитраты (KNO3), и при реакциях разложения органики в старом субстрате. Ионы аммония захватываются негативно заряженным участком субстрата с высоким CEC, которые в последствии будут обменены корнями растений на катион H+.
Диана Валстад в своей книге говорит: "Нитрифицирующие бактерии полезны, если не существенны, в аквариумах без растений. Но в аквариуме с растениями они конкурируют с растениями за аммоний - энергия которую нитрифицирующие бактерии получают от окисления аммония до нитрата равна энергии которую теряют растения." (Diana L. Walstad, "Ecology of the Planted Aquarium: A Practical Manual and Scientific Treatise for the Home Aquarist", 1999, p.63; PDF 12.6Mb).На этом основывают суждения что фильтрация в аквариуме с растениями не очень нужна, и что лучше вносить аммоний. Я считаю что это совсем не так¬.

Торф/гумат.
Важнейший параметр грунта поддерживаемый торфом, это его pH. Гуминовые кислоты торфа очень важны в буферной системе pH и способствуют его стабильности. Реакция pH грунта должна быть слабокислой ~ 6.0 до нейтральной 7.0, только тогда гарантирован оптимальный обмен веществ растений*. Обеспечить это могут только гуминовые кислоты в торфе/гумате и органике. Гуминовые кислоты¬ заметно понижают редокс потенциал¬ субстрата. Низкий редокс потенциал ЗНАЧИТЕЛЬНО увеличивает растворимость минералов, которые легко могут изменить свое состояние, таких как ионы железа [Fe++] и магния [Mg++] и пр. делая их доступными для питания растений. Выделяемые торфом гуминовые кислоты¬ препятствуют окислению [Fe++] и выпадению в осадок путем присоединения к растворенному иону железа (природный хелатор): "Корни растений выделяют гуминовые кислоты, которые способны замещать катионы питательных веществ и связывать в растворимые хелаты, что делает их доступными для абсорбции корнями, после чего транспортируются в листья и используются растением". (Everything You Want to Know About Laterite!, Stephen Pushak) Это намного повышает концентрацию растворенного железа [Fe++] и других микро- и макроэлементов.
Гуминовые кислоты нейтрализуются (выпадают в осадок) [Ca] и [Mg] образующими жесткость воды. Если вода в аквариуме жесткая (dH>6, kH>>4), она будет постоянно истощать гуминовые кислоты и уменьшать эффективность субстрата. Чрезмерное количество гуминовых кислот в грунте слишком понизит pH, а с ним и CEC: "pH почв важен для CEC, потому что с повышением pH, число негативных зарядов коллоидных частиц увеличивается, тем самым увеличивая CEC." (Cation exchange capacity) Используйте умеренное количество торфа в субстрате.
Оптимальный pH и наличие органических кислот переводят фосфат в растворимую форму и фиксируют его до потребления растениями, что играет очень большую роль. Именно высокое содержание органических кислот (fumic acid) в сочетании с глиной и гумусом с высоким CEC дает то что Aqua Soil¬ может фиксировать фосфаты, и в воде всегда PO4<0.1-0.05мг/л (см. данные по аквариумам Takashi Amano). Подробно механизм фиксации фосфата в статье фосфат в субстрате¬.

Итак, основной вклад торфа - понижение pH и редокс-потенциала, источник гуминовых кислот, стабилизация коллоидной глины (она делает воду прозрачной¬) и удержание ее в субстрате. Все это очень хорошо для субстрата, но насколько эффективна добавка торфа или гумата для повышения CEC?
Так как CEC указывается на 100 грамм веса, торф... почти не увеличивает CEC потому что он имеет очень малый удельный вес. Научные тесты показали, что даже при доле гумата 20% (!) в смеси с нейтральным песком (CEC~0) CEC повышается на пренебрежительно малую величину – 0.37 торф, и 0.55 гумат. Проблема еще и в том, что их просто нельзя закладывать слишком много - слишком сильно понизится pH (<6.0) в результате чего фосфор и другие элементы будут связаны в неупотребимой растениями форме и произойдет большой выброс микроэлементов в воду, увеличится токсичность тяжелых металлов, возникнет угроза загнивания и образования H2S. Значительно больше даст CEC кальцинированная глина, гумус/биогумус, цеолит.
Торф и гуматы вовсе не увеличивают питательность по азоту и фосфору – эти вещества связаны в практически не разлагаемых органических молекулах. Замена торфа на более дорогой гумат ничего не дает - тест гуматов на траве (bentgrass) не показал увеличения ни длины корней, ни их количества, а сами гуматы как стимулятор роста не упоминаются ни в одной научной работе. При отсутствии ADA Aqua Soil лучший источник органики для аквариума с растениями - это биогумус¬.
^

Свойства смеси лава + торф.

В природе корни растений более эффективно получают питательные вещества благодаря отрицательному заряду (CEC¬) ила и грунта. Мы же, в искусственной экосистеме Nature Aquarium, вместо Ила используем субстрат с высоким CEC + некоторый запас органики. Мы просто подменяем питательную базу и негативно заряженные участки Ила на смесь глины с высоким CEC+лава+гуматы+органика. Способность биогумуса и минералов с высоким CEC удерживать питательные вещества позволяют корням растений с очень большой эффективностью потреблять питательные вещества доставляемые донным осадком и жидкими удобрениями. Тем самым создается буфер питательных веществ огромной емкости, растения получают лучшее корневое питание становясь менее зависимыми от колебаний концентрации питательных веществ в воде, что в совокупности радикально улучшает Стабильность¬. Тот же эффект можно получить заменив нейтральный гравий на другие субстраты с высоким CEC, но пористые материалы как лава и Garvelit® в нижнем слое сохраняют слабую циркуляции воды и имеют большие преимущества по сравнению с другими материалами (см. выше¬). Благодаря большой площади поверхности и достатку кислорода большая колония бактерий в лаве быстро перерабатывает всю органику (минерализация), и не дает скапливаться большому количеству ила в грунте - то с чем мы постоянно боремся.
Лава** сама по себе имеет очень небольшой CEC. В работе "Application of nutrient solutions having different cation concentration ratios" сообщается, что лава фракции 0-8мм показала CEC около 5.6-6.0 (песок 2-3), а после погружения в питательный раствор показывает очень малое накопление Ca, Mg и Na, а накопление калия [K] прямо пропорционально его концентрации в питательном растворе (K+Ca+Mg). Применительно к выращиванию гидропонных культур лава по CEC и другим своим свойствам считается близкой к минеральной вате. Главная функция лавы - служить базой для культуры бактерий с большой пористостью и площадью поверхности предотвращающей опасность полной анаэробности и загнивания грунта.
Многие аквариумисты думают что лава, торф, глины и пр. добавки используются для удобрения растений железом и другими микроэлементами, но это далеко не так. Они заканчивается довольно быстро. Главное что нужно после подходящего pH и редкос потенциала - высокий CEC. Именно высокий CEC определяет высокую эффективность тех или иных добавок. Они притягивают ионы микроэлементов и удерживают их до тех пор пока они не будут использованы корнями растений путем обмена на водородный ион H+.

В аквариуме с нейтральным субстратом (CEC~0) кроме разлагающихся органических остатков (ил, CEC=3-7) нет негативно заряженных участков. Если ила мало, образованные в процессе минерализации питательные вещества постоянно выбрасываются в воду, а корни растений не могут эффективно их поглощать. Большая часть питания находится в неусваиваемой растениями форме т.к. конвертация в усваиваемую (растворимую) форму слишком слабая. Малое количество органики (=углерода) снижает соотношение C:N¬ что уменьшает активность культуры бактерий преобразующих органику. Все это ухудшает корневое питание растений и увеличивает шансы роста водорослей.
Слишком большой процент органики и толщина смеси в нижнем слое субстрата неизбежно приведет к полной анаэробности и загниванию корней, поэтому в отличие от природного водоема в аквариуме мы подменяем отрицательный заряд большого количества иласмесью с запасом органики имеющей высокий CEC и сохраняющей циркуляцию воды в грунте - ADA Power Sand или смесь Лава + Торф + Биогумус, или субстратом с высоким CEC вроде Aqua Soil, кальцинированной глины и пр.
В молодом аквариуме (до года) с грунтом без CEC растения всегда растут медленно именно по причине отсутствия ила, и как следствие - отрицательного заряда грунта. Когда мы дождемся накопления органики в грунте питательность субстрата и его CEC повышаются, растения начинают расти лучше, но не успеет это произойти, как быстро накапливается избыток ила, который мы уже удалить никак не можем не погубив всю композицию. Грунт без нижнего слоя с лавой становится анаэробным и загнивает. Рост растений останавливается. Что получим? Правильно - водоросли. Много водорослей. И мало растений. Особенно ярко этот эффект выражен при использовании для верхних слоев гравия крупной фракции (5-10мм).
Всех этих проблем можно избежать сделав трехслойный грунт (двухслойный если верхний слой ADA Aqua Soil¬ или его альтернатива¬) с укладкой в самом нижнем слое смеси лавы с торфом и биогумусом (или ADA Power Sand¬). Он даст высокий CEC, запас органики и микроэлементов, и предотвратит загнивание корней. О роли мелкого верхнего слоя я уже говорил.

Кроме перечисленных качеств даваемых лавой с торфом есть еще одно - намного более эффективное формирование колонии бактерий в субстрате. Больше пористость - больше объем занимаемый водой, больше кислорода. Эффективность работы экосистемы аквариума во многом зависит от колонии бактерий живущих в грунте. Кроме большой площади поверхности грунт должен иметь такие свойства, которые позволяют колонии бактерий быстро заселять все свободные поверхности. Бактерии должны быстро сформировать биопленку - защитную лабиринтовую среду из полисахаридов, внутри которой процветает сообщество нитрифицирующих и других бактерий, перерабатывающих все органические и неорганические отходы аквариума. Наиболее подходящее место для развития биопленки в которой живет сообщество бактерий - в торфяном компосте который откладывается между частицами грунта. Такой компост есть в природных водоемах. В аквариуме с чистым гравием без нужных компонентов, он будет формироваться многие месяцы. Ускорить этот процесс может только добавление заменителя природного донного осадка - смесь торфа/гумата, лавы и биогумуса¬. Отрицательный заряд притягивающий питательные вещества и бактерии, особая пористая структура задерживающая частицы, большая площадь поверхности, большое количество мелких органических частиц помогут быстро сформировать биопленку.***
Внесение культуры бактерий Hagen Nutrafin Waste Control¬ и стимулятора развития колонии содержащего полисахариды Tetra Bactozym даст самый быстрый старт этому процессу.
Детально о процессе поселения бактерий и формировании биопленки рассказано в статье о Hamburger Mattenfilter¬.

Лава с запасом органики и торфом в нижнем слое субстрата Nature Aquarium:

·
имеет способность накапливать многие микроэлементы (высокий CEC¬), предотвращать их выпадение в осадок сохраняя доступность для питания растений
· запас органики (напр. биогумус¬) богатой питательными веществами позволяет запустить аквариум с минимальным количеством водорослей и максимальным ростом как розеточных так и длинностебельных растений, и является одним из решающих факторов Стабильности¬.
· имеет высокую буферную емкость питательных веществ образующихся при разложении запаса органики, что значительно ускоряет рост растений и уменьшает их доступность в воде для питания водорослей
· не допускает полной анаэробности грунта, что позволяет не менять субстрат более 5 лет
· слабое движение воды между крупными частицами лавы обеспечивает доставку к корням растений и культуре бактерий кислорода и питательных веществ растворенных в воде, перезарядку ними участков обмена катионами нижнего и верхнего слоя грунта, не допуская его истощение и уменьшая шансы роста водорослей.
· захватывает ионы аммония NH4+ и "передает" их корням, сильно ускоряя рост растений
· понижает редокс потенциал, что значительно увеличивает растворимость микроэлементов Fe, Ca, Mg, Na, Zn, B, Cu, концентрацию аммония [NH4+], доступность азота [N] и фосфора [P]
· поддерживает pH грунта идеальным (ниже 7,0) для оптимального питания корней растений
· стабилизирует pH
· не слеживается и не сбивается в комки
· имея огромную площадь поверхности для поселения культуры бактерий, создает в меру анаэробные условия, что препятствует окислению микроэлементов;
· легко проницаема для корневой системы
· имеет высокую проницаемость для питательных веществ выравнивая концентрацию в грунте
· запас в грунте азота улучшает минерализацию ила уменьшая и заиливание грунта, и постоянное образование питания для растений за счет переработки органики.

Более подробно о составе грунта по ADA, какие используются удобрения, и как сделать самодельный ADA Power Sand - в разделе PMAS¬. О роли субстрата в системе смотри в разделе о Стабильности¬.

Еще один пример успешного применения пористых материалов подобных лаве в нижних слоях субстрата - Gravelite® (Big River Industries, Inc. USA). Это вспученная при высокой температуре глина (не путать с керамзитом, гравелит совсем другой!). Широко применяется как строительный утеплитель. Производится разного размера гранул - от 38мм до песка для добавки в бетон. Гравелит очень легкий, но тонет в воде. Абсолютно инертен и не изменяет pH или жесткость воды. В целом его свойства очень напоминают лаву. Поскольку он делается из глины, может присутствовать некоторый CEC. Gravelite (фото) используется так же как и лава - нижний слой толщиной 2см с размером гранул 8-12мм с добакой торфа. Сверху - галька 2-5мм. В статье на Aquagarden.it предлагают смешивать Gravelite® с Seachem Flourite™ в пропорции 1:1.
^

Рекомендации.

Верхний слой субстрата должен обеспечивать: высокий CEC, большую площадь поверхности, хорошую проницаемость для корней растений и предотвращать проваливание ила в средние/нижние слои. В идеале он же содержит органику и гуминовые кислоты - аквасойл. С аквасойл питания и циркуляции в грунте достаточно, и при закладке аквариума на год-полтора лаву в нижний слой можно не включать.
Нижний слой: должен служить базой для большого запаса органики и предотвращать блокирование движения воды и ее загнивание, давать большую площадь поверхности для поселения культуры бактерий, снижать pH до оптимальных <7.0. Высокий CEC здесь желаем, но вторичен.
В качестве "базы" нижнего слоя обеспечивающей циркуляцию воды всегда следует брать пористые материалы крупной фракции, с высоким CEC или без него. Можно использовать лаву EHEIM Ehfilav (5L=$25), Volcanite от Aqualine Buschke (лава с добавкой 5% связанного цеолитом железа Ferrolit), дренажную лаву для бонсай Kyodama. Альтернатива - Gravelite®, цеолит, диатомит. Использовать их как основной субстрат не следует – CEC практически нет, слишком крупные, а грубая поверхность будет повреждать корни растений. Традиционно для подкисления субстрата используется торф, а в качестве источника микроэлементов смеси FTE¬, JBL Florapol и т.п. Источник органики - биогумус¬ (earthworm castings). Если верхние слои субстрата из нейтрального гравия с CEC~0, нижний слой желательно усилить добавив физически стабильные (торф и биогумус разлагаются со временем) материалы с высоким CEC не приводящих к полной анаэробности. Это крупный 8-12мм цеолит, диатомит, кальцинированные глины.

Оптимальная смесь для НИЖНЕГО слоя субстрата может быть такой:
- лава 8-12мм + торф сфагновый от объема + биогумус + FTE или JBL Florapol = PMAS¬
или - Gravelite® 5-12мм + торф + цеолит¬ или DiaHydro 5-12мм 20% + биогумус + FTE, JBL Florapol
или - цеолит¬ или DiaHydro 5-12мм + торф сфагновый + биогумус + FTE или JBL Florapol
или - крупная 8-12мм кальцинированная глина (Profile/Turface¬) + торф сфагновый 5% + биогумус 10-20% + FTE или JBL Florapol.
Можно добавить длительный запас нерастворимого фосфата - апатита¬.
Уложить эту смесь на самое дно слоем толщиной 1,5-2см.

Торфа в этих смесях должно быть совсем немного - 250-500мл гранулята на аквариум 90см. Если положить слишком много питание корней ухудшится, а микроэлементы из FTE будут выбрасываться в воду.
Не используйте садовый торф местного производства (низинный/верховой) - пригоден толькосфагновый торф (Sera, JBL, Fluval)! Иногда вместо торфа советуют добавлять гумат¬. Это дороже и не лучше торфа. Лигнит (Lignite/Leonardite, напр. Diamond Black™, Rare Earth и пр.) действует всего год - это рекламируется как преимущество для сельскохозяйственного(!) применения, но является недостатком для аквариума.

В качестве органики лучше всего использовать "Биогумус"¬ (Вермикомпост) фирмы "Биотех", СПД Дунайцев.
Органику перед использованием обязательно прокипятить 15 минут. Это делается чтобы большинство аммония NH4+ преобразовалось в нитрат NO3 и убить вредные бактерии. В противном случае могут быть сильные вспышки водорослей от избытка аммония и бактериальная муть.
Fritted Trace Elements¬ (FTE) вроде Carl Pool's Hibiscus Food нужно вносить очень малыми дозами - 2 чайных ложки на 40х40см площади дна. JBL Florapol вносить по рекомендациям производителя - 350г на аквариум 100л, 700г на аквариум до 200л.

Приведенные выше¬ традиционные субстраты с высоким CEC по своим физическим характеристикам и/или декоративным качествам практически не пригодны для основного ВЕРХНЕГО слоя субстрата. Решение - гравий из вспученной при высокой температуре монтмориллонитовой глины. Общее название таких субстратов - кальцинированная глина, или арциллит. Он физически стабилен, имеет высокий CEC (29.8-41.1) и заданный размер гранул, вообще не раскисает, не влияет на pH воды и жесткость, не повреждает корни растений. Имея малую массу он не слеживается и легко проницаем для корней растений. Огромное количество пор (75%) удерживает большую культуру гетеротрофных бактерий которые буквально производят питательные для растений вещества из ила. Пример таких субстратов – Profile, Turface, Soilmaster, Shultz¬, Tesco Premium cat litter/MHK Floran¬, Grodan Hydrotone и пр. Для выращивания водных растений такой субстрат в США и других странах используют с 1998 года. Глинистая почва с высоким CEC для бонсай Akadama используется с 80-х. В сочетании с хорошими дозами азота и фосфора¬ в воду и небольшим стартовым запасом органики в грунте результаты¬ просто великолепные. Фактически Profile/Turface/Soilmaster это лучший, и одновременно самый дешевый и доступный субстрат для аквариума с растениями после непревзойденного ADA Aqua Soil! Альтернатива Profile/Turface/Soilmaster - природный или модифицированный цеолит¬, диатомит¬.
Очевидные преимущества использования субстратов с высоким CEC и запасом органики в сочетании с внесением в воду PO4:NO3 дает максимально возможный рост растений и что еще важнее Стабильность¬.

Корни растений прикрепляются к лаве или Gravelite® и при пересадках вытаскивают их наверх вместе с органикой. Чтобы такого не происходило, уложите поверх нижнего слоя пластиковую строительную сетку для штукатурки с размером ячейки 3-5мм. Это также упростит укладку верхних слоев грунта, и особенно разборку аквариума. Не выдергивайте растения, а отрезайте корни - они очень быстро отрастят новые.
Для укрепления склонов субстрата или нижнего слоя из лавы можно использовать куски нейлоновой сетки для предотвращения эрозии почв - Enkamat® (Enkamat® TRM), он же в составе системы GreenArmor™ System компании Profile (Turface). Enkamat® 7010 и 7020 давно используется как жесткая основа для создания перегородок в открытых аквариумных фильтрах - сампах¬.

Большим заблуждением является то что добавкой одного только торфа/гумата¬ в нижний слой в количестве 20% от объема можно значительно увеличить CEC всего субстрата. CEC это единица касающаяся Массы, не объема! Торф очень легкий, и 20% от объема повысит CEC смеси всего до ~5meq/100g. Добавка 5% торфа (больше нельзя т.к. pH будет слишком низким) в нижний слой к 6 литрам лавы будет весить всего ~200-300г, а CEC смеси получится ~15. Только если добавить еще 2кг биогумуса¬ станет значительно лучше: ~56meq/100g, всего получим ~4500meq. Представьте сколько питательных веществ он имеет изначально, и сколько сможет запасти¬ такой грунт из донных отложений или буферизировать предотвращая утечку питательных веществ из биогумуса. Но даже это полностью блекнет если еще добавить к биогумусу 30л 100% Profile/Turface с CEC=30-40 в верхнем слое дающего ~9000-12000meq + ~4000meq/100g от биогумуса = 13000-16000meq. Учтите что биогумус и торф биологическая субстанция и со временем их CEC теряется. Для радикального увеличения CEC нужно использовать более стабильные материалы – кальцинированную глину Profile/Turface, цеолит, диатомит и т.п. Гумус (садовая земля) или Биогумус в  больших количествах тоже значительно увеличат CEC, но не торф/гумат. Тесты с аммонием¬ показали что чтобы быть эффективными добавки в субстрат с высоким CEC в любом случае должны занимать не менее 20% от объема и чем больше глубина грунта, тем меньше будут потери питательных веществ из смеси. Лучший вариант - 100% грунта с высоким CEC.

Через некоторое время (12-24мес) запасы органики в грунте начинают истощатся, а слеживание и заиливание субстрата ухудшает переработку органики - появится необходимость периодически вносить немного удобрений под корни розеточных растений или в местах посадки требовательных видов. Вносить органику можно при помощи сухих стиков удобрений из биогумуса¬ с добавлением микроэлементов в виде FTE¬, micronized iron, JBL The 7 Balls. Если субстрат вообще не имеет CEC можно добавить мелкий порошок цеолита¬, особенно хорош EcoSand® Natural Zeolite Soil Amendment (150meq/100g), ZeoSand® Natural Zeolite Filter Media для фильтрации воды.

ВЕРХНИЕ слои субстрата могут быть (в порядке убывания качества):
- ADA Aqua Soil или его альтернатива - арциллит Profile/Turface¬ или грунт для бонсай Akadama
- смесь гравия 2-5мм с природным или модифицированным цеолитом¬ ZeoPro, EcoSand и т.п. (~20%)
- смесь гравия 2-5мм с диатомитом DiaHydro¬ (~20%)
- смесь гравия 2-5мм с лавой (по приведенному выше составу грунта по ADA/Амано¬).

Даже используя для верхних слоев нейтральный гравий, сделав нижний слой из лавы с торфом и биогумусом (PMAS¬) вы гарантированно получите значительное улучшение роста растений, плюс в отличие от других анаэробных смесей - долгую жизнь субстрата (>5 лет). Если перед вами не стоит задача сделать аквариум на 3-5 и более лет, можно просто сделать однородный субстрат из приведенных выше верхних слоев, не забыв добавить на самое дно немного торфа и небольшой запас органики (биогумус¬) на первое время. Что касается применения Aqua Soil, то сама фирма ADA отмечает что он никогда не предназначался для использования БЕЗ закладки в нижний слой Power Sand.

О роли субстрата с высоким CEC в методике создания аквариума с растениями смотри в разделе Ограничение роста растений = стабильность¬. Рецепт самодельного ADA Power Sand - в PMAS¬.

Иванюшин Руслан (a.k.a. naman), ©2004-2009.
^

* Кристель Кассельманн, "Атлас аквариумных растений" (Christel Kasselmann)
** Определение что такое пемза/лава (Bunt, 1988):" ...пемза ...образуется при остывании лавы; выходящие газы и пары придают ей пористую структуру. Это алюмо-силикатный материал содержащий калий, магний, кальций и небольшие количества железа. Пемза может абсорбировать из воды калий, магний, фосфор и кальций и позднее отдавать их растениям."
*** Есть мнение, что сформировавшаяся в лаве биопленка имеет множество анаэробных зон в которых происходит денитрификация. Это замечено по постепенному снижению уровня нитратов в аквариуме.

Balancing Soil Nutrition, Joel Simmons, EarthWorks - неверные представления о фосфате, каменный фосфат
Руководство ADA 2002/2003 с сайта http://www.aqua-shopping.net/cnt/howto/index.htm (воспользуйтесь переводчиком с японского на английский в браузере Maxthon (MyIE) - Tools>Translation&Service>Babel Fish: Japanese to English)
Horst, Kaspar, & Kipper, Horst E. (1986); "The Optimum Aquarium"; Bielefeld, Germany: AD aquadocumenta Verlag GmbH
Aqua Journal Vol.38 - A Symposium on Characteristics of ADA Aqua Soil (симпозиум по ADA Aqua Soil)
Aqua Journal Vol 36 - The Ideal Substrate (детальная статья, анализ комбинаций субстратов и их типов)
Tropica Substrate, Mon Oct 02, 2006 2:19 pm  (см. пост Tom Barr)
Каталог ADA в формате pdf Система субстрата/Substrate System.
Cation exchange capacity, microsoil.com
http://www.agric.nsw.gov.au/reader/soil-types-structure/ss393-cation-exchange.htm
Substrate and Fertilization Introduction By Robert Paul H.;
Clay, by Ilaria and George Melandri - http://www.aquagarden.it//articoli/52_argille.html
Nutrient Uptake: Roots v. Leaves, Charley Bay, 14 Oct 1999
A discussion of substrate additives, Steve Pushak
Substrates for Aquatic Plants
SUBSTRATES FOR THE PLANTED AQUARIUM by Jamie S. Johnson, May 2006
Substrate Analysis - Jamie Johnson [http://www.thekrib.com/Plants/Fertilizer/substrate-jamie.html#0]
Everything You Want to Know About Laterite! - A discussion of substrate additives by Stephen.Pushak-at-hcsd.hac.com [http://www.thekrib.com/Plants/Fertilizer/laterama.html]
Substrate Ideas - http://www.thekrib.com/Plants/Fertilizer/substrate-kelly.html
Modern Aquascaping, by George and Karla Booth, Copyright 2000
Substrate Heating in the Planted Aquarium: Myth, Magic or the Real Deal?, 2000, George and Karla Booth.
www.frii.com/~gbooth/AquaticConcepts/Articles/book.htm#Intro
материалы архивов www.thekrib.com
Growth problem & anaerobic substrates, by Stephen Pushak - 23 Sep 1997; actwin.com
Sand cap for nutrients & amino acid uptake by roots, Steve Pushak - 15 Jan 2004; actwin.com
Canadian Sphagnum Peat Moss Association
Свойства лавы - http://www.actahort.org/books/401/index.htm
Florida Geological Survey, Bulletin No. 30 Part I, Nature, origin, kinds, and composition of peats in general;
A Winogradsky column - http://www.skepticalaquarist.com/docs/nutrient/wincol.shtml
Humic substances. - http://www.skepticalaquarist.com/docs/water/humic.shtml#humsub
BioLiquid Complex – Леонардит (pdf).
Humic substances - [http://www.skepticalaquarist.com/docs/water/humic.shtml#humsub]
Humate and Humic Acid, By Dr. Wayne R. Kussow, Department of Soil Science, University of Wisconsin – Madison; [http://aggie-horticulture.tamu.edu/extension/newsletters/hortupdate/jun02/art4jun.html]
Substrate - http://www.skepticalaquarist.com/docs/substrate/sfunction.shtml
Investigating Bacteria with the Winogradsky Column
Iron Transformations - [http://www.skepticalaquarist.com/docs/nutrient/iron.shtml]
О хелатных комплексах железа на Toptropicals.com
Iron in aquarium [http://www.xs4all.nl/%7Ebuddendo/aquarium/ijzer.htm]
тест глины как субстрата - http://techniques-aquatiques.com/articles/18-debut-dun-test-comparatif-de-sol
Microbial ecology organic aggregates in aquatic ecosystems. Int-Res.com, 2002.
http://www.igb-berlin.de/abt3/mitarbeiter/hgrossart/pdf/pdf5.pdf
"Influence of Macrophyte Decomposition on Growth Rate and Community Structure of Okefenokee Swamp Bacterioplankton", Robert E. Murray,* and Robert E. Hodson; Institute of Ecology and Department of Microbiology, University of Georgia, Athens, Georgia 30602, (http://aem.asm.org/cgi/content/abstract/51/2/293)
Argille di Ilaria e Giorgio Melandri
Secrets of soil nutrient uptake - ferric-chelate reductase, Agricultural Research,  Dec, 1993, Sandy Miller Hays
PLANTS and BIOLOGICAL FILTRATION by Diana Walstad (книга - PDF 12.6Mb)
Механизм фиксации фосфатов глинами - Complex Humic Argilo, The Calcic Bridge by Harry Proton.
СЕС и грунты - De bodem in het aquarium
Topics in Fertilization and Plant Nutrition, SEVEN LECTURES ON IRRIGATION; By Prof. Uzi Kafkafi:
·CLAY MINERALS - как работает CEC и различия механизмов для разных глин (kaolonite, illite, montmorillonite)
· NITROGEN- все формы азота в субстрате, окисление и восстановление, аммоний и мочевина, влияние pH почв на соотношение аммиак:аммоний;
· Absorption of nutrient elements by the plants - потребление питательных веществ растениями;
· потребление аммония и нитрата, роль калия;
· Movement of Calcium and Potassium to the Developing Fruit and their Agricultural Importance;
· Micro Nutrients - хелатирование металлов.
Питание растений через корни и листья в водах богатых питательными веществами - Sources of nutrients to rooted submerged macrophytes growing in a nutrient-rich stream, Freshwater Biology, Volume 47 Issue 2 Page 283 - February 2002, Tom Vindb?k Madsen, Nina Cedergreen (2002)
Роль ила в аквариуме - [http://www.deters ing.de/Gastbeitraege/Aquarienschlaemme.htm]
Microbial ecology of organic aggregates in aquatic ecosystems, Meinhard Simon, Hans-Peter Grossart, Bernd Schweitzer, Helle Ploug; AQUATIC MICROBIAL ECOLOGY, Vol. 28: 175–211, 2002; www.int-res.com
Detritus, Wikipedia
Detritus, The Aquarium Wiki
Organic matter, Wikipedia
Корень, Википедия
An analysis of Sediments, Growth and Water Column Nutrient Concentration Breakdown ADA Product Line and other sediments, Part 1; Tom Barr (BarrReport Analysis of Sediments.pdf 442.1 KB)
ADA product analysis test - 05-08-2007, 06:21 AM Tom Barr
Nutrient binding - Ecology of the planted aquarium, D.Walstad, p.125
Biological Soil Management by Joel Simmons; EartWorks, Turf Grass Trends, November 1994 Calcium - The New Vogue, by Joel Simmons; EarthWorks
Balancing Soil Nutriton, Joel Simmons; EarthWorks
Recognizing Wetland Soils
Relationship between Fumic Acid and the Force of Ion Exchange Adsorption of River Sediment.; Koizumi Sadayuki, Takayama Katsumi, 1999.
How to use Aqua Soil - Aqua Journal Online
BASICS No.2, Setting the Substrate - Aqua Journal Online
Aqua Soil - Amazonia Initial Stage Maintenance
Il fondo nella vasca dedicata alle piante, di Fabrizio Lattuca 07-2008 - Aquagarden.it
L'acquario sostenibile: il substrato, di Dario Schelfi 01-2006 - Aquagarden.it
Growing emersed Cryptocorynes by Xema Romero Leyn Jan-2006 
The biological functions of an aquarium bed, Dennerle

 

welcome

Главная - amania
что такое Nature Aquarium
галерея IAPLC
основы композиции
растения в NA
рыбы в NA
технологии NA
сделай сам (DIY)
вода
свет
co2
субстрат
фильтрация
азотный цикл
удобрения
борьба с водорослями
морской аквариум
что посмотреть
разное
карта сайта

субстрат

субстрат в nature aquarium
pmas
почему нельзя сифонить
aqua soil
как использовать aqua soil
замена Aqua Soil: Profile
биогумус
цеолит
подогрев
выбор гравия
минерализация земли
зарядка цеолита
aquasoils (ru)
aquasoils (en)

поиск на сайте


  на » amania