последнее обновление 3 сентября, 2008 | amania v1.0 | © 2003-2008 naman

» amania

 

 

субстрат в Nature Aquarium

> многослойный субстрат по ADA
> циркуляция воды в субстрате
> микроэлементы в грунте
> органика в субстрате
> анаэробные условия в грунте
> 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" прудовый ил (сапропель), садовая земля (гумус), навоз буйвола, коровы, носорога, тапира, биогумус и т.д. Другая группа - лава, Gravelite®, керамзит... Третья - Flourite/Laterite, EcoSand, тененессит, "волшебные" глины, кирпичная крошка, цеолит, вермикулит, перлит, абсорбент для кошачьих туалетов Kitty Litter (сепиолит), 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. Почему нужен тот или иной компонент и как он работает - здесь, в разделах PMAS, биогумус и зарядка субстрата.

Субстрат по ADA.

Ранее всегда шла борьба между приверженцами теории закладки удобрений только в грунт, и сторонниками доставки всех питательных веществ только в воду. Благодаря Руководству ADA2003/2002 и изучению вопросов Стабильности я узнал о том, как и почему ADA решает эту проблему.

На данный момент лучших субстратов чем у ADA просто нет. Хотя можно сделать субстрат дающий такие же темпы роста водных растений и эстетику как Power Sand - pmas, и найти замену Aqua Soil.
Takashi Amano (ADA) в своих аквариумах делает двух- или трехслойный состав грунта. Нижний слой - 1,5см ADA Power Sand - смесь вулканического гравия и торфа с органическими и минеральными удобрениями. Поверх него укладывается или слой ADA Aqua Soil 9-12см, или два слоя обычной гальки - снизу 2,5см и более фракция 5-10мм, сверху слой 2,5см фракции 3-5мм.
Удобрения (в основном органика) в нижнем слое дают питание растениям сразу после закладки аквариума, то есть позволяют им сразу же начать интенсивно расти. Верхний слой субстрата Aqua Soil из кальцинированной глины и амазонского ила обладая большим CEC служит в качестве буфера накапливая питательные вещества из воды и выделяющиеся из органики нижнего слоя. То есть нижний слой содержащий относительно много органики (вроде биогумуса) служит питательной базой, а верхний - основным субстратом для укоренения и передачи питательный веществ корням, предотвращая их выброс в воду и создавая подходящие условия для корней растений. Количество фосфатов и нитратов в новом аквариуме быстро уменьшается, и водоросли исчезают довольно быстро. Запас питательных веществ и микроэлементов (на срок 1-3 года) именно в грунте дает возможность в первый месяц-два полностью отказаться от внесения жидких удобрений кроме калия, которые в этот период могут дать только рост водорослей. Вносимый в Power Sand Bactor 100 (культура более чем 100 видов бактерий) и запас органики для питания гетеротрофных бактерий дает мощный старт жизни грунта. Бактерии перерабатывают удобрения в грунте, дают питательные вещества удерживаемые верхним слоем из Aqua Soil, который очень эффективно передает их корням растений не давая выделяться в воду.
С третьего месяца до года биологическое равновесие и рост растений в аквариуме оптимальны.
Уже примерно через год в грунте формируется слой ила достаточный чтобы закупорить пространства между частицами грунта и заблокировать движение воды. Это ухудшает поступление кислорода и питание корней растений. Для предотвращения такой ситуации и укладывается верхний слой мелкой фракции (3-5мм), - он хорошо препятствует проникновению ила даже в средние слои грунта.
В свою очередь ADA Power Sand, укладываемый на самое дно, всегда сохраняет циркуляцию воды в грунте.
Когда аквариуму будет больше года, запасы удобрений в грунте истощаются, и появляется необходимость вносить подкормку под корни растений, но только тех, что получают питание в основном через корневую систему. Для остальных растений тех питательных веществ, что накоплены в грунте благодаря высокому CEC после разложения ила бактериями и из растворенных в воде жидких удобрений вполне достаточно.
Для предотвращения накопления ила в NA старые листья растений и 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. Если вместо гравия используется ADA Aqua Soil, то он сам по себе имеет хорошую проницаемость, и почти нивелирует этот эффект. В этом случае слоев будет два - Power Sand и Aqua Soil. Грунт в Nature Aquarium сифонить нельзя!
Прим.: Трем этапам развития аквариума соответствуют и три разных типа жидких удобрений ADA - Brighty K, Step 1, 2, 3.

Aqua Journal говорит (www.vectrapoint.com):
"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 и 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 Malayan или Amazonian, производства ADA, Japan.
Удобрение нужно добавлять только в нижний слой субстрата для предотвращения его утечки в воду аквариума, что предотвращает появление различных видов водорослей." (vectrapoint.com)
Прим.: эта смесь предлагается Takashi Amano тем, у кого нет ADA Power Sand и Aqua Soil.

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. Кроме того, в богатом кислородом верхнем слое ила будет хорошо развиваться колония гетеротрофных бактерий которые разлагают органику (процесс называемый минерализацией).
Иногда для предотвращения полной анаэробности используют крупный гравий с высоким CEC уложенный одним слоем одинаковой 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 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 в Nature Aquarium. Такаши Амано и фирма ADA создали систему, которая не колеблется между крайностями класть удобрения в грунт или нет, и какие давать удобрения в воду. Все в точности соответствует трем совершенно разным этапам развития экосистемы аквариума и потребностям растений в данный момент. Растения получают хорошую возможность роста с первых дней после закладки аквариума, и позволяют первые 3 месяца максимально уменьшить внесение микро- и макроэлементов в воду. Истощившиеся через 3-6 месяцев запасы питательных веществ в субстрате постоянно восполняются за счет постепенно накапливающейся в грунте органики и вносимых жидких удобрений. Питание растений никогда не ограничено только одним источником питания, и каждый тип растений в любой момент получает то, что ему нужно. Высокая буферная емкость относительно питательных веществ субстрата с высоким CEC играет очень важную роль в стабилизации экосистемы.
^

А теперь попробуем разобраться почему в Nature Aquarium используется именно такой субстрат.

Сначала сформулируем главные требования к субстрату в аквариуме с растениями:
· слабая циркуляция воды в субстрате для длительной жизни аквариума
· способность накапливать и эффективно передавать корням растений питательные вещества (CEC)
· запас органики на год и более
· слабокислая реакция pH<7.0
· большая площадь поверхности для поселения колонии бактерий
· низкий редокс потенциал
· отсутствие избытка кислорода в грунте и одновременно минимально необходимое движение воды между частицами грунта для предотвращения полностью анаэробных (практически без кислорода) зон
· 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 в лаве 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 – когда температура в помещении где установлен аквариум ~20…24°С, и надежнее если температура часто бывает ВЫШЕ 24°С (см. далее). Это создает тот же эффект слабой циркуляции воды в субстрате, но без дорогостоящего оборудования и расхода электроэнергии. Кроме того, культура бактерий в пористой лаве будет намного богаче, что даст гораздо больше преимуществ нежели при подогреве субстрата с нижним слоем традиционного состава - торф+глина, латерит, гумус, вермикулит и прочих практически полностью анаэробных и крайне неудобных для аквариума смесей.
В тёплом климате подогрев субстрата теряет всякий смысл, и получить циркуляцию воды можно будет ТОЛЬКО при помощи лавы в нижнем слое. 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 26-27°С, нагрев грунта отключится, и циркуляция прекратится. Лава же сохраняет циркуляцию. Подогрев грунта нужен только если температура в помещении бывает 10°C и ниже, когда лава бессильна.

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 проходя через основной (верхний) слой грунта. В результате килорода 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%), что со временем еще больше усугубится накоплением медленно перерабатываемого донного осадка и 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, поэтому 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.
^

Микроэлементы в грунте.

• Единственный способ доставить микроэлементы растениям - это предотвратить их окисление и выпадение в осадок. Таким действием обладают материалы субстрата с высоким CEC, и особые вещества - хелаторы, искусственные или натуральные.

Растения получают микроэлементы двумя путями - через воду, и корневую систему. И в том и в другом источнике питания растений микроэлементы должны находиться в связанном состоянии.
В воде микроэлементы должны быть растворены, то есть иметь определенное ионное состояние [Х2+] чтобы использоваться растениями. В противном случае они очень быстро окисляются до [X3+] и уже не могут быть использованы растениями для питания, так как будут выведены из раствора, т.е. выпадут в осадок. Например, двухвалентное железо [Fe2+] чрезвычайно реактивно, и в богатом кислородом грунте формирует оксид и гидроксид железа (трехвалентное Fe3+) и выпадает в осадок в виде ржавчины, так и не будучи использованным растениями. Микроэлементы которые ведут себя подобным образом это железо Fe2+, кальций Ca2+, магний Mg2+, натрий Na+, калий K2+, марганец Mn2+, цинк Zn2+, медь Cu2+, и даже аммоний NH4+. Перечисленные микроэлементы, чтобы быть доступными для питания растений через воду обязательно должны быть химически связаны хелаторами чтобы оставаться в растворенном состоянии, т.е. иметь соответствующее ионное двухвалентное состояние [X2+].
Для хелатирования микроэлементов в жидких удобрениях используются хелаторы HEDTA, DTPA (diethylenetreamine pentaacetate) которые связывают, например железо, как Fe3+ или глюконат связывающий железо в форме Fe2+.

Что касается субстрата, то предотвращение окисления микроэлементов и выпадения в осадок, т.е. удержание их в форме Х2+ или X3+ (кроме низкого pH, редкс-потенциала и действия гуматов) происходит при помощи негативного заряда частиц грунта, или высокого CEC. Например в частично анаэробном субстрате Fe3+ восстанавливается до Fe2+, и сразу же фиксируется негативным зарядом субстрата сохраняя его доступность для корней растений. 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, хелаторы - в основном в воде.
^

Органика в субстрате.

DENNERLE говорит: "Водные растения не будут расти в любом пруду или ручье. Они будут расти только в среде где грунтовые воды приносят питательные вещества в субстрат. Как и в природе, водные арстения нуждаются в субстрате богатом питательными веществами. Это способствует росту и стабилизирует водную среду". (The biological functions of an aquarium bed)

Важнейший компонент ADA Power Sand - большой запас органики. Органика в субстрате вместе с высоким CEC являются основой Системы ADA призванной максимально увеличить Стабильность аквариума. Коренные отличия системы ADA от других методов закладки органики в субстрат:
- источник органики используется очень концентрированный
- органика составляет малую часть от объема нижнего слоя и...
- используется в смеси с пористой лавой, что все вместе предотвращает загнивание субстрата.
Растения действительно могут полностью обойтись питанием из воды, но при нормальных концентрациях фосфатов в воде предпочитают питание из субстрата. Какие именно источники органики можно использовать для аквариума с растениями смотри в разделе биогумус.

Органика в субстрате так-же 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 являясь конкурентами для водорослей(!) за питание увеличивают соотношение P:N (см. Redfield ratio), а большое количество азота в субстрате увеличивает  соотношение C:N и значительно улучшает нитрификацию и минерализацию предотвращая вспышки сине-зеленых водорослей. Следовательно, чем больше в субстрате органического (мертвая материя) и неорганического азота (NO3, NH4) связанного CEC-ом субстрата, тем лучше происходит нитрификация и минерализация донного осадка, лучше доступность для корней макро- и железа, и тем меньше заиливание грунта – т.е. богатый органикой субстрат значительно улучшает Стабильность!

Для использования в аквариумном субстрате источника органики самой важной его характеристикой является лабильность (lability, степень разложения органики). Чем ниже лабильность органики, т.е чем выше степень её разложения - тем меньше будет гниение и анаэробность субстрата. Аквариумный ил, сапропель, садовая земля, навоз высоколабильны и неизбежно загнивают. Самым лучшим источником органики является низколабильный биогумус (вермикомпост).

Анаэробные условия в грунте.

Доступность железа [Fe] и других макро- и микроэлементов для питания растений зависит от количества кислорода в грунте. Слишком много кислорода быстро окислит хелаты микроэлементов, и те выпадут в осадок так и не будучи использованными растениями. Почти весь кислород в грунте должен потребляться аэробными бактериями живущими в грунте. Весь кислород они будут потреблять только если их достаточное количество. Чтобы колония бактерий работала на максимуме своих возможностей должны быть такие условия, чтобы площади поверхности грунта для поселения бактерий и кислорода было в избытке, а питательных веществ от продуктов разложения органики всегда не хватало - колония должна быть голодающей. Так всегда будет гарантия переработки всех отложений в грунте, а это основное условие долгой жизни Nature Aquarium. Большое количество бактерий может развиться только в крупном пористом грунте с очень большой площадью поверхности, таком как лава, гравелит и т.п. Благодаря величине зерна 8-12мм между частицами лавы всегда будет незначительное движение воды доставляющее кислород для жизнедеятельности бактерий и питательные вещества для растений.

Умеренно анаэробные условия в грунте дают еще 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.

Уменьшение количества кислорода в грунте играет существенную роль в улучшении роста растений, так как между нитрифицирующими бактериями и растениями существует конкуренция за аммоний [NH4+]. Большая колония гетеротрофных бактерий улучшает питание растений путем понижения концентрации кислорода в грунте так как нитрифицирующие бактерии плохо конкурируют за кислород с гетеротрофными бактериями разлагающими органику в грунте - теми, что образуют "биологическую потребность в кислороде" (biological oxygen demand - BOD) - это увеличивает шансы растений употребить весь доступный аммоний [NH4+] раньше нитрифицирующих бактерий. Кроме того, гетеротрофные бактерии Pseudomonas живущие только в условиях умеренной анаэробности, тоже могут в результате своей жизнедеятельности преобразовывать Fe3+ в двухвалентное железо Fe2+.

Железо в почвах присутствует в окисленной форме Fe3+. Все растения, кроме злаковых, чтобы абсорбировать и употребить железо должны его преобразовывать в форму Fe2+ (Absorbtion and assimilation of Iron in plants). Чтобы выполнить это преобразование особый энзим fercic-chelate reductase отдает железу электрон - происходит реакция восстановления. Этот энзим не только ответственен за усвоение железа, но и всех остальных металлов, причем при недостатке какого-либо элемента, неважно магния, марганца или цинка кроме железа он заставляет растение накапливать большие количества других металлов - меди, железа или марганца. (Secrets of soil nutrient uptake) Если субстрат недостаточно анаэробен, этот механизм работать не будет, и растения не смогут получить железо из субстрата. В анаэробных донных отложениях легко растворимое железо Fe также присутствует в виде связанном органическими молекулами, с негативным зарядом.

Кроме преобразования в двухвалентную форму железо 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).

Умеренная анаэробность также понижает редокс потенциал, что тоже значительно увеличивает растворимость микроэлементов и повышает концентрацию аммония [NH4+] в грунте, увеличивает доступность железа, азота и фосфора, Чтобы закладка в грунт Fritted Trace Elements (FTE) давала результат и происходило восстановление Fe3+ до Fe2+, нужно чтобы редокс потенциал в нижнем слое субстрата был от 200 до 300mV. Для этого укладывают субстрат слоем не менее 5см, и используют в верхнем слое гравий не крупнее чем смесь из частиц от 2 до 5мм. Необходимо также понизить pH субстрата, добавив в нижний слой источник гуминовых кислот - торф, гумат, или лигнит. Кроме такой возможности использовать нерастворимые микроэлементы растения производят энзимы, при помощи которых преобразуют выпавшие в осадок микроэлементы в употребимую для корней растений ионную форму (ferric-chelate reductase). Восстановление NO3 до NO2 а затем до лучшего источника азота для растений - NH4+ происходит при 350-450mV. Сифонка грунта не только разрушает культуру бактерий верхнего слоя, но и резко повышает редокс потенциал снижая тем самым доступность питательных веществ для растений. По этой причине сифонить грунт в аквариуме с растениями нельзя!
^

Емкость обмена катионами (CEC).

"Питательные вещества в растворе находятся в форме ионов. Когда минеральные соли растворяются в воде они разделяются на два иона: позитивно заряженный катион X+ и негативно заряженный анион X-. Растворение соли мы называем диссоциацией, когда молекула соли распадается на два очень мобильных иона. Не все вещества которые могут растворяться в воде диссоциируют, например алкоголь".
(A discussion of substrate additives, Steve Pushak)

"CEC это обратимая химическая реакция между субстратом и жидкостью, при которой возможен обмен ионами друг с другом… Так как материалы имеют измеримый CEC, он должен хорошо работать и в плодородной среде аквариума". (SUBSTRATES FOR THE PLANTED AQUARIUM by Jamie S. Johnson http://home.infinet.net/teban/jamie.htm)

Вот более точное объяснение 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.
Anion exchange capacity (емкость обмена анионами), 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." (из "Something to Grow on", Cornell University, или www.aquabotanic.com)
Прим.: сейчас концентрация катионов (CEC) выражается новой единицей, равной старой meq/100g: количеством сентимолей на килограмм - (cmol(+)/kg).
Как видно из Таблицы (CEC лавы ниже), наибольшим CEC обладают сфагновый торф, гумус, и вермикулит.

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.

"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 коллоидными частицами. 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)

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 таком порядке приоритетов: Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = NH4+ > Na+ и H2PO4- > SO4 x2- > NO3- = Cl-. Понятно что любой субстрат с высоким CEC (в т.ч. торф и ADA Aqua Soil) 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 дистиллированной(!) воде и уложить под грунт биогумус. 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!)
^

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 используется имеющие исключительно 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 безусловно 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). Аргументы за и против:

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. 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, но загнивания субстрата вам не избежать... 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.

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 испытыватьв 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.

"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, from: Substrate and Fertilization Introduction http://www.aquabotanic.com/sfintro.htm)  
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 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.

Все перечисленные выше материалы в смеси с торфом и активированным углем создают хорошую питательную базу с высоким CEC, но субстрат довольно быстро (через год и ранее) становится полностью анаэробным, и корни растений загнивают. Всем кто использовал такие смеси известна ситуация с черными корнями и запахом сероводорода уже через несколько месяцев после закладки аквариума. Тест Tomas 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 и темпы роста растений, причем не поможет даже подогрев грунта. 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).

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 кальцинированную глину 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 заменить ADA Aqua Soil (!!!). Они заслуживают ОТДЕЛЬНОЙ БОЛЬШОЙ СТАТЬИ.

FERKA AquaBase
Этот материал стоит особняком. Он приобретает все большую популярность. FERKA это преимущественно органика, но очень концентрированная - на аквариум 200л нужно всего 250г 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.

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 растений от 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 год)
"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.

В отличие от этих материалов, смесь лава+торф+биогумус в качестве нижнего слоя тоже дает большой запас органики и высокий CEC субстрата, а небольшая циркуляция воды 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®. Его CEC неизвестен, но главное для гравия нижнего слоя - движение воды и высокая пористость. Хуже - цеолит и DiaHydro.
^

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)

Торф/гумат.

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!, A discussion of substrate additives, Stephen Pushak, http://www.thekrib.com/Plants/Fertilizer/laterama.html)

Гуминовые кислоты (как и подогрев грунта) 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++]. Это намного повышает концентрацию растворенного железа [Fe++] и других микро- и макроэлементов в нем, увеличивая их доступность для растений. Он также способствует повышению концентрации аммония [NH4+] образующегося в грунте из нитратов, а это усиливает доступность азота [N] и фосфора [P] для растений.
Отсутствие кислорода в грунте, (благодаря большой популяции нитрифицирующих бактерий в лаве) тоже понижает редокс потенциал. Присутствие кислот, таких как нитрат [NO3-], наоборот, увеличивают редокс потенциал, ухудшая условия питания растений.
Прим.: Гуминовые кислоты, выделяющиеся торфом в грунте очень благотворно влияют на рост раст