Dit tweede deel begint met de biologische zelfreiniging van water, gevolgd door een hoofdstuk over de anorganische en organische kringloop.
Biologische zelfreiniging
Wie als hydrobioloog voor het functioneren van zuiveringsinstallaties verantwoordelijk is, weet, hoe sterk hij de capaciteit van zijn installatie kan belasten, zonder dat het bacterie- en protozoönleven door afvalstoffen wordt vernietigd. Hij weet hoe hij de beluchting- en omloopsnelheid moet instellen om ze aan de behoeften van het ogenblik aan te passen. Op de eerste plaats zijn het de bacteriën, die met behulp van zuurstof, dus in dit geval aëroob, de organische substanties afbouwen. Bepaalde algen dienen als tussenfase van de afbouw, evenals de eindproducten van de oxidatie afhankelijke bacteriën.
Stroming en een gezond plantenbestand bevorderen biologische zelfreinigingDe vermeerdering van bacteriën zorgt voor een explosieve toeneming van biologische regulatoren, vooral infusoriën, die zich in veel gevallen ook direct met organisch afval kunnen voeden. De infusoriën dienen allerlei mogelijke hogere diersoorten als voedselbron, o.a. jonge vissen, die weer door andere vissen en vogels in evenwicht worden gehouden. Men zou gemakkelijk kunnen denken, dan is dus alles in orde, maar helaas is het momenteel zo, dat de biologische zelfreiniging in de natuur door ingreep van de mensheid de grootst mogelijke problemen oplevert. Er worden bijvoorbeeld te veel afvalstoffen in het oppervlaktewater geloosd, dan worden de micro- organismen door chemicaliën gedood, de zuurstoftoevoer wordt door verschillende maatregelen, zoals door sluizen, stuwdammen en andere stroomonderbrekingen, onderbroken. En wanneer het dan tot anaërobe afbouw, dus door verrotting komt, kan men de biologische zelfreiniging vaarwel zeggen en is het tevens gedaan met een biologisch evenwicht in het betreffende water. De periodiek terugkerende massasterfte van vissen in onze rivieren en meren is hiervan het resultaat.
Dit alles is geen grauwe theorie, maar ter verduidelijking van de processen, die zich in een aquarium afspelen absoluut belangrijk. Want ook in het aquarium vindt er een biologische zelfreiniging plaats, die wij door bepaalde maatregelen kunnen ondersteunen. Afvalstoffen die de zelfreinigingcapaciteit overbelasten, worden veroorzaakt door: overbevolking, overvoeren, te weinig waterbeweging, te weinig echte waterplanten, die een deel van de eiwitafbouwproducten als voedingsstof kunnen gebruiken. Zo men al zelf, regulerend, zou willen ingrijpen, dan te allen tijde met overleg. In ogenschijnlijk gelijkblijvende omstandigheden kan bijvoorbeeld de plotselinge verwijdering van aquariumplanten of hun vervanging door te weinig of te kleine planten door nitraatophoping tot beschadigingen van de vissen leiden. Dergelijke beschadigingen zullen niet vaak een onmiddellijke massasterfte tot gevolg hebben. Dikwijls zijn het onopvallende symptomen, bijvoorbeeld het achterblijven in de groei, onvruchtbaarheid, een verkorte levensduur, grotere vatbaarheid voor ziekten, verbleken enz.
Daarmee zijn we aangeland bij de belangrijkheid van de aquariumplanten in relatie tot de biologische zelfreiniging. Allereerst moet erop worden geattendeerd, dat men in een zeewateraquarium meestal geen hogere planten houdt. Dientengevolge kunnen afvalstoffen van de eiwitstofwisseling ook niet – of slechts in beperkte omvang – worden omgezet, zodat zij op een andere manier moeten worden verwijderd. Zeewateraquaristen hebben hiervoor eiwitafschuimers ter beschikking. Verder zal er een onderscheid moeten worden gemaakt tussen planten, die alleen mineraalstoffen, dus ammoniumverbindingen en nitraten, uit het aquariumwater opnemen, zoals bijvoorbeeld alle emers groeiende waterplanten en de meeste drijfplanten kooldioxide uit de lucht halen en natuurlijk ook geen zuurstof aan het water afgeven, en echte waterplanten. Of – beter gezegd – onderwaterplanten (submers groeiende planten). Tot deze groep behoren bijvoorbeeld Vallisneria, Cryptocoryne, Egeria (waterpest), submers gecultiveerde kalmoes en Anubias. Terwijl Myriophyllum, Egeria en Vallisneria niet alleen goede nitraat- en ammoniumverbruikers zijn, maar ook wezenlijk tot de zuurstofreiniging van het water bijdragen, is Cryptocoryne, submers gehouden Anubias en dwergkalmoes uit beiderlei oogpunt niet bijzonder bruikbaar.
Evenals vissen stellen ook planten geheel andere eisen aan het water. Daarbij komt nog, dat we dikwijls, evenals met vissen, planten uit verschillende biotopen in één aquarium bij elkaar houden. Een manier van houden, die men anders eigenlijk alleen in botanische resp. dierentuinen in de praktijk brengt. Cryptocoryne prefereert zacht, zuur water, Potamogeton en Aponogeton gedijen het beste in zeer schoon, helder water, dat niet te warm is, zoals dit juist voor Cryptocoryne weer wel is gewenst. Bovendien houdt Potamogeton van licht alkalisch water (pH iets boven 7.0).
Alle waterplanten kunnen echter slechts dan tot de biologische zelfreiniging bijdragen, als men ze juist belicht. Te veel licht opent de deur tot de vermeerdering van groene algen, te weinig licht die van diatomeeën. Bovendien treedt dan groeistilstand op en hiermee zijn de vissen ook niet gediend. Want dan treedt een verhoging van stikstofverbindingen op, waarvoor vissen gevoelig zijn. De fotosynthese wordt minder, zodat steeds minder zuurstof wordt geproduceerd en ten slotte sterven de planten af. Hierdoor ontstaan afvalproducten, die niet kunnen worden omgezet (afgebouwd), zodat de vissen ziek worden, voor zover niet tijdig wordt ingegrepen. Ik ben op deze zaken misschien wat uitvoerig ingegaan. Daarom uitvoerig, omdat ik de planten uitsluitend in het aspect van nitraatconsumptie en zuurstofvoeding heb belicht. Dat zij natuurlijk ook nog andere functies hebben, die verschillend belangrijk kunnen zijn, zal ik in een hoofdstuk ‘Beplanting en bemesting’ behandelen. Om er nogmaals de nadruk op te leggen: zoveel planten, die voor een totale verdelging van vrijkomend nitraat vereist zouden zijn, houden wij Nederlanders in onze zogenaamde Hollandse aquaria (plantenbakken) niet eens. Vandaar dat een regelmatige waterverversing een absolute noodzaak is.
De anorganische en organische kringloop in water
Ook nu nog tonen aquaristen, van de oude stempel, vol trots bakken, waarvan het water nog nooit werd ververst. Zij zweren op dit ideale oud water, waarin men, naar men zegt, nog nooit last heeft gehad van visziekten of onverklaarbare vissterfte. Maar als men de inhoud van deze bakken met een zogenaamd biologisch evenwicht nader beschouwt, dan zijn het dikwijls die soorten, die zonder meer in water van mindere kwaliteit kunnen leven. Of beter gezegd aan de rand van hun bestaansminimum kunnen vegeteren, zoals Macropodus, pantsermeervallen, Black Molly’s, zwaarddragers, goerami’s en Sumatrabarbelen. Of men treft bakken aan met een enorme hoeveelheid guppen, plaatjes, Black Molly’s en opnieuw zwaarddragers. Nu is het bekend, dat ei-levendbarende tandkarpers (Poeciliidae) het beste gedijen in aquaria, die sterk veralgt zijn en gevuld met oud water, maar af en toe zou men ook een gedeeltelijke waterverversing moeten toestaan. Ervan afgezien, dat een dergelijke geelgroene soep al uit esthetisch oogpunt moeten worden afgewezen.
De Atlantische Oceaan bij Beg-Meil, BretagneDat het met de vermeende gezondheid van deze aquariumbewoners ook niet altijd tiptop in orde is, bewijst het feit, dat buikwaterzucht nergens zo vaak optreedt als in aquaria, die volgens de normen uit grootvaders tijd worden gehouden. En men moet ook niet aankomen met het smoesje, dat er niettemin regelmatig jongen in deze aquaria worden geboren. Dit herinnert te zeer aan het excuus van kettingrokers, die in hun familie talrijke opa’s kennen, die meer dan een pakje per dag hebben gepaft en die ouder zijn geworden dan 90 jaar.
Maar ook het tegendeel – namelijk de al te frequente en procentueel te grote waterverversing – is onverantwoordelijk, vooral als die ongecontroleerd wordt uitgevoerd. Want daardoor kan het tot plotselinge veranderingen van de belangrijkste biologische constanten komen, zodat de vissen niet ondanks, maar vanwege de waterverversing kunnen wegkwijnen. Waarom?
In het aquarium verlopen verschillende kringlopen parallel. Een paar hebben we al leren kennen, nl. de zuurstof- en kooldioxidekringloop. Wij weten, dat de vissen zuurstof inademen en kooldioxide uitademen. De planten nemen, op hun beurt, kooldioxide op en geven zuurstof af. ‘s Nachts en altijd wanneer zij in het donker staan, komt de kooldioxide- opname en de zuurstofafgifte echter tot stilstand. Dat wil zeggen: ‘s nachts verbruiken de planten ook zuurstof en geven zij kooldioxide af. Aquaristen die kooldioxidebemesting toepassen zullen vaststellen, dat de pH ‘s nachts met enkele tienden terugloopt. Het zuurstofverbruik van de planten overdag speelt ten opzichte van de kooldioxideopneming in hun gewicht geen belangrijke rol.
Bijzonder belangrijk is naast deze gaskringloop de mineraalstofkringloop. De planten halen uit de bodem en/of uit het water kalium, calcium, fosfaat, ammonium, nitraat, sulfaat, eventueel chloride, verder de sporenelementen magnesium, ijzer, mangaan, kobalt, koper, borium, molybdeen, eventueel fluor, kiezelzuren en jodium. Al deze stoffen zijn al in het water aanwezig of zij komen door de afbouw van organische substanties vrij. Een en ander voltrekt zich met medewerking van micro-organismen, vooral bacteriën. De vissen leveren de mineralen door uitscheidingsproducten zoals excrementen en urine.
Excrementen in het bijzonder zorgen voor de zogenaamde molmvorming. De molm dient weer, na omzetting door micro- organismen, als meststof voor de planten. Zo is het resultaat van de stikstofbevattende uitscheidingen van de vissen nitraat, uit het fosforachtige fosfaat en uit het zwavelachtige sulfaat. Helaas hebben onze waterplanten juist van de stikstofachtige verbindingen maar een gering aandeel nodig en veel minder dan de vissen door hun spijsvertering leveren. Ook van andere mineralen wordt meestal veel meer aangeboden dan door waterplanten, die bijzonder actief zijn, met betrekking tot de stofwisseling kunnen worden gebruikt. Men kwam daarom op het idee om deze waterplanten in een voedingsarme schone zandbodem te cultiveren, tot men bemerkte, dat dit in feite tot niets leidde. Dan verviel men in het tegendeel en geloofde, dat aquariumwater met minerale stoffen moest worden bemest. Dat beviel de waterplanten bijzonder goed, maar helaas stierven de vissen, die voor veel mineralen in hogere concentraties bijzonder gevoelig zijn. Uiteindelijk bleek de toevoeging van colloïdaal leem aan de bodemgrond bijzonder goed te werken. Met de planten ging het spoorslags beter, zonder dat de vissen eronder leden. Leem heeft nl. de eigenschap om ionen op te slaan en uit deze buffer kunnen planten naar behoefte opnemen wat zij nodig hebben. Er schuilt wel een addertje onder het gras: nitraat wordt niet opgeslagen en dat ook fosfaat maar weinig kan worden geabsorbeerd, speelt geen grote rol als het leem fosfaatrijk is. Leem onttrekt het aquariumwater ook het overschot aan ammonium en kalium en verhindert hierdoor dat bepaalde algen de overhand krijgen. Op dezelfde manier werkt in dit opzicht turf, vooral de hoogveenturf. Haar humuszuren doen de pH-waarde bij een geringe carbonaathardheid dalen en al bij een pH van 6.0 zijn de meeste ongewenste microben niet meer in staat om zich te vermeerderen. Witte hoogveenturf, gebruikt als filtersubstraat, zou ammoniakvergiftiging verhinderen! Want ammoniak, dat bij de eiwitafbraak vrijkomt, is alleen in het alkalische milieu gevaarlijk.
Onderzoeken, die al 30 jaar geleden werden uitgevoerd, hebben aangetoond, dat het niet mogelijk is om de stikstofkringloop in aquaria aan zichzelf over te laten. We moeten dus ingrijpen en de molm van tijd tot tijd afzuigen, net zoals wij van tijd tot tijd water verversen. WACHTEL heeft uitgerekend, dat bij 30 gram voer de plantenmassa dagelijks met circa 50 gram moet toenemen om de nitraathoeveelheid te verwerken. Praktisch is dit ondoenlijk en ook daaruit blijkt, dat een regelmatige waterverversing absolute noodzaak is.
In zeewater gelden geheel andere verhoudingen, aangezien hier een verwerking van de eiwitafvalstoffen door planten bijna geheel vervalt. Hier blijft dus niets anders over dan een regelmatige waterverversing en het gebruik van een ionenuitwisselaar of toevoeging van osmosewater.
Er is echter nog een geheel ander aspect. Bekend is, dat in het water opgeloste kalk slechts dan in oplossing blijft, als tegelijkertijd voldoende koolzuurgas aanwezig is. Carbonaatarm water bevat slechts weinig koolzuur. Maar kooldioxide hebben de planten nodig voor de assimilatie. Dientengevolge leidt dit bij zacht water tot koolzuurgebrek als men het aquarium te dicht beplant. Als gevolg daarvan zullen de planten verkommeren. De voor de hand liggende maatregel lijkt het aantal vissen verhogen. Dit is echter een misvatting, omdat dan opnieuw onder andere het stikstofafbouwprobleem acuut wordt. Het bemesten met mineralen en sporenelementen leidt eveneens tot niets, aangezien de planten nog steeds een kooldioxidetekort hebben. Als een mogelijke maatregel zou de toevoeging van bicarbonaten kunnen helpen, die in een zuur milieu kooldioxide kunnen vrijmaken. Dit moet echter voorzichtig gebeuren om een acute koolzuurvergiftiging bij de vissen te vermijden. Om de kooldioxidekringloop niet te belemmeren, dient men aquaria met zeer zuur water niet te sterk te belichten. Deze raad geeft GEISLER. Want zo kan men het koolzuurverbruik van de planten knijpen en daarmee verhinderen, dat water door het ontbreken van humuszuren in turf te sterk alkalisch wordt. Door zeer sterke belichting verbruiken planten namelijk eerst het vrije koolzuur uit de carbonaten, zodat het aquariumwater een loog wordt.
Zou het kalkhoudend water zijn, waarin door de planten koolzuur wordt onttrokken, dan slaat de kalk neer op de planten en bladranden. Men spreekt dan van biogene ontkalking. In principe kan men ervan uitgaan, dat alle chemische reacties in het aquarium in de richting van de reductie, dus door toevoer van elektronen, verlopen, terwijl zij in de natuur in de richting van oxidatie, dus door onttrekking van elektronen, aflopen. Hierover heeft HÜCKSTEDT al in de jaren zeventig bericht.
Ten slotte komen we ook op de beantwoording van de vraag, waarom een ongecontroleerde waterverversing meer schaadt dan nuttig zijn kan. Stel het geval, we hebben oud water met een hoog gehalte aan onschadelijke ammoniumionen, dat zuur of neutraal reageert. Zou men hieraan nu vers water met een hogere pH-waarde toevoegen, dan wordt uit de ammoniumverbindingen de giftige ammoniak afgegeven. Het gevolg is een acute ammoniakvergiftiging, die meestal niet als zodanig wordt herkend. Men kan deze ongewenste verrassingen door de bepaling van het ammoniakgehalte en de pH-waarde voorkomen alvorens men water gaat verversen. Het ammoniakprobleem steekt in het bijzonder in de zeewateraquaristiek de kop op, aangezien daar de pH- waarde rond de 8.0 zal liggen. In volgende afleveringen zal ik terugkomen op de regelmatige controle(metingen) van ons aquariumwater.
