Проект_работа

Образовательный центр ОАО «Газпром»
ПРОЕКТ
Поддержание оптимального экобаланса морского аквариума:
создание саморегулирующейся экосистемы при
минимальном вмешательстве извне.
ученика 2-го класса «A»
Климова Михаила Сергеевича
Руководитель:
Тюгаева Ирина Борисовна
учитель начальных классов
© Москва, 2011
Введение
За внешней красотой морского аквариума лежит немалый труд аквариумиста, который
пытается сделать своими руками маленькое море. На этом пути ему приходится решать
нелегкие проблемы: каких животных содержать, какой им нужен уход, как обеспечить
правильный свет, течение и т.д. Но главной проблемой всегда остается вода, которая по своим
качествам должна соответствовать настоящей океанской воде. Именно вода является основным
фактором, влияющим на здоровье всех морских животных. Но вода неизбежно загрязняется
теми же самыми животными, а в океане – еще и человеком. Тем не менее, качество воды в
океане остается лучше, чем качество воды в самом лучшем аквариуме. Так как же океан сам
себя очищает? Какие естественные способы очистки существуют? Можно ли их использовать в
моем домашнем аквариуме для повышения качества воды? Вот, те вопросы, ответ на которые я
пытался найти, работая над своим проектом.
Рисунок 1 Мой аквариум - 1 месяц с начала старта.
В центре - мягкий коралл клавулярия, справа - актиния "слоновье" ухо,
слева желтая рыба - желтая зебрасома,
слева вверху синяя рыба - королевский хирург
1
Виды загрязнений и их источники
Какие же основные виды загрязнения воды в аквариуме? Их два. Первый – органический, то
есть возникающий в результате жизнедеятельности животных, второй - неорганический.
Неорганический вид загрязнения появляется в аквариуме из-за использования некачественной
пресной воды, например, водопроводной, в которой содержатся нежелательные вещества.
Проблема некачественной пресной воды решается путем использованием фильтра, который
удаляет из воды почти все вещества. Поэтому этот вид загрязнения является
малозначительным.
Органическое загрязнение появляется в аквариуме из-за продуктов жизнедеятельности его
обитателей, остатков недоеденного корма, отмерших останков растений и животных. Это вид
загрязнения является основным, и с ним мне и приходится бороться.
Существует огромное количество органических загрязнителей воды, но к счастью,
большинство из них легко удаляются с помощью активированного угля и специальных
фильтрующих материалов. Самыми сложными для удаления загрязнителями являются азотные
соединения, которые плохо удаляются углем и фильтрующими материалами.
Азот и его соединения
Азот – это газ без цвета и запаха. Один из самых распространенных химических элементов на
Земле. На долю азота в атмосфере приходится 78% по объему. Этот элемент является
необходимым для существования животных и растений, т.к. он входит в состав всех живых
клеток. Чистый азот не является загрязнителем воды.
Теперь рассмотрим основные азотные соединения, присутствующие в аквариуме.
 Aммоний (NH4) – соединение азота и водорода, которое образуется в результате гниения
органических остатков. Растворенный в вводе аммоний является очень токсичным
(ядовитым) для животных. Концентрация аммония в воде не может превышать одну
сотую мг/л, превышение этого уровня будет вести к неизбежной смерти животных.
 Нитрит (NO2) – соединение азота и кислорода. Это промежуточный продукт
переработки аммония аэробными бактериями. Аэробный обозначает то, что для своей
жизнедеятельности бактериям нужен кислород. Как и аммоний, нитрит является очень
ядовитым соединением. Доля нитрита в воде не может превышать две десятых мг/л.
 Нитрат (NO3) – другое соединение азота и кислорода. Это окончательный продукт
переработки нитрита аэробными бактериями. В отличие от двух предыдущих
соединений азота нитрат токсичен только в больших концентрациях. Доля нитрата не
2
должна превышать 20 мг/л. Хотя многие
концентрацию 100, 200 и даже 1000 мг/л!
морские
животные
выдерживают
Аммоний и нитрит являются промежуточными соединениями и угрожают только молодым
"незрелым" аквариумам, их доля быстро снижается с течением времени и поддерживается на
минимальном уровне благодаря бактериям. Доля нитрата наоборот повышается с течением
времени, т.к. нитрат плохо выводится из воды.
Рисунок 2 Мой аквариум - 1 месяц с начала старта.
В центре желтая рыба - желтая зебрасома,
в центре сверху оранжевая рыба - клоун-оцеллярис,
справа снизу синяя рыба - желтобрюхая хризиптера
3
Азотный цикл
Все, описанные выше, азотные соединения участвуют в азотном цикле, происходящем в живой
природе. Основной задачей аквариумиста является создание и поддержание азотного цикла в
рамках аквариума.
Рисунок 3 Схема азотного цикла
Рассмотрим основные этапы азотного цикла, показанного на рисунке.

Органические вещества попадают в воду вместе с кормом, который частично съедается
животными, а несъеденная часть начинает разлагаться. Та часть, которая съедается,
позже попадает в воду в виде выделений морских животных.

Органические вещества неизбежно начинают гнить, что приводит к образованию
аммония.

Аммоний начинает усваиваться одним из видов аэробных бактерий. Продуктом их
деятельности являются нитриты.

Нитрит является питательной средой для другого вида аэробных бактерий, которые
преобразуют его в нитраты.

Нитраты усваиваются с одной стороны растениями (водорослями), а с другой стороны
анаэробными бактериями. Анаэробный обозначает то, что для своей
4
жизнедеятельности бактериям не нужен кислород. Растения накапливают нитрат в
своих клетках, тогда как бактерии разлагают его на чистый азот, который выводится из
аквариума в атмосферу, и воду. Этот процесс называется денитрификация.

Растения являются пищей для морских животных, таким образом, внутри большого
азотного цикла появляется малый.
Как видно из схемы последним этапом азотного цикла является процесс денитрификации,
который можно условно записать так:
H2 + NO3 →H2O + N2
водород
нитрат
вода
азот
Под действием бактерий водород, присутствующий в воде, соединяется с нитратами, в
результате чего образуется вода и чистый азот, который уходит в атмосферу.
Но чтобы такой цикл заработал в аквариуме, необходимо приложить серьезные усилия.
5
Способы снижения уровня нитратов
Если не предпринимать специальных мер, количество нитратов в аквариуме начнет быстро
расти, и единственным способом их уменьшения будет частая подмена воды. Как показали мои
наблюдения - это неплохой способ снижения нитратов, и даже замена небольшого объема воды
в аквариуме ведет к быстрому их снижению.
Для определения эффективности этого способа я в течение 10 дней каждый день заменял в
аквариуме 15 % воды. Объем моего аквариума составляет 90 литров, таким образом за раз я
менял 14 литров воды. Перед подменой я выполнял тестирование уровня нитратов. Уровень
нитратов я измерял тестом Red Sea Nitrate Marine & Freshwater Test Lab. До этого я использовал
другой тест от компании Tetra, который был сложнее в использовании и менее точен в
результатах. Тест Red Sea включает в себя 3 реактива - A, B и C, пробирку и измерительную
шкалу.
Рисунок 4 Тест нитратов Red Sea Nitrate Marine & Freshwater Test Lab
Измерение делается следующим образом:
1. В пробирку набирают 5 мл аквариумной воды
2. Встряхивают реактив A в течение 30 секунд
3. В пробирку добавляют 5 капель реактива A, 5 капель реактива B и 8 капель реактива С
4. Пробирку закрывают и сильно трясут в течение минуты
6
5. Через 5 минут сравнивают цвет жидкости в пробирке с цветом на измерительной шкале
и определяют уровень нитратов
Результаты моих измерений показаны на графике снизу:
Изменение уровня нитратов после подмены
15% воды
70
Уровень нитратов
60
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Количество подмен
После четырех подмен уровень нитратов снизился вдвое, а после 6 - втрое. Подмена воды
является хорошим способом снижения уровня нитратов, но в больших аквариумах данный
способ просто невозможен. Более того, если менять воду реже, например, раз в три дня, то
уровень нитратов успевает восстановиться до начального.
Мне не очень нравится часто менять воду в аквариуме, во-первых это требует времени, вовторых, это дорого (морская соль стоит немалых денег), а в-третьих, это нервирует животных,
поэтому мне хотелось найти что-то другое.
Мои исследования в Интернете и специальной литературе показали, что существует два
основных способа борьбы с нитратами.
Первый способ – водоросли. Из схемы азотного цикла видно, что водоросли активно усваивают
нитраты из воды и накапливают их в себе для своего роста. Если мы будем регулярно полоть
растущие водоросли, то количество нитратов в аквариуме будет уменьшаться. Для водорослей
обычно используют специальный аквариум - самп, который через шланги связан с основным
аквариумом. Вода из основного аквариума проходит через самп, где водоросли усваивают из
нее нитраты, и поступает очищенной обратно в основной аквариум. Организовать самп
достаточно сложно. Как правило, сампы делают для больших аквариумов от 500 литров и
7
выше. Для моего маленького аквариума данный способ является сложным, поэтому я начал
искать другие.
Второй способ борьбы с нитратами – это увеличение количества анаэробных бактерий.
Анаэробные бактерии не любят кислород, поэтому они обычно живут в полостях окаменевших
кораллов и в песке. Внутренности окаменевшего коралла похожи на настоящий лабиринт, куда
воздух не попадает, поэтому бактериям там есть, где жить. Окаменевшие кораллы называются
"живыми" камнями и широко используются в аквариумах. Кроме «живых» камней бактерии
могут жить и в искусственных материалах, которые, как правило, имеют форму шаров и
называются биошарами. В моем аквариуме большое количество «живых» камней и биошаров,
но их возможности по фильтрации ограничены. Поэтому мне нужен был другой способ
увеличения количества анаэробных бактерий.
Я также обнаружил, что чистая сера является естественной средой для многих видов
анаэробных бактерий. Существуют даже специальные серные фильтры. Но они являются
дорогими и громоздкими. Использовать их для аквариума меньше 500 литров просто
невыгодно.
Еще одним способом повышения количества бактерий является добавление в аквариум
спиртосодержащих жидкостей, уксуса и даже сахара. Эти вещества создают благоприятную
среду для роста бактерий. Я не стал экспериментировать с этими веществами, так как они
могут плохо отразиться на здоровье животных.
Когда я понял, что ни один из способов не является для меня подходящим, я стал исследовать
другие возможности по снижению уровня нитратов, например, такой как удаление из воды
остатков органических веществ до того, как они станут нитратами. И такой способ был найден
– это использование пеноотделительной колонки, часто называемой скиммером или
флотатором.
8
Пеноотделительная колонка (скиммер)
Принцип действия скиммера заключается в следующем – органические соединения могут
прилипать к пузырькам воздуха и образовывать пену. Пена бывает двух видов: нормальная
белая внизу и белковая коричневая вверху. Нормальная пена двигает белковую наверх, пока та
не попадает в специальный улавливающий сосуд, который потом надо чистить.
Принцип работы скиммера очень похож на принцип морского прибоя – под действием волн на
воде образуется пена, которая потом выбрасывается на берег. Это один из естественных
способов очистки океана от органических соединений! И именно этот способ борьбы с
нитратами и был мною выбран.
Рисунок 5. Принцип действия скиммера (слева) и прибоя (справа) почти одинаков!
9
Исследование эффективности скиммера для снижения уровня нитратов
Мы установили скиммер Deltec MCE 600 в свой аквариум, и я стал наблюдать, как будет
меняться количество нитратов с течением времени при сохранении остальных параметров
аквариума: частота подмен воды, интенсивность кормления, количество животных в аквариуме,
уровень освещения и т.п. При выборе скиммера я в первую очередь руководствовался
рекомендациями других аквариумистов, а также такими параметрами как мощность,
надежность и простота использования.
Измерение нитратов я проводил каждую неделю в воскресенье перед подменой воды. После 7
недель наблюдения за уровнем нитратов у меня получился следующий результат:
Изменение уровня NO3
140
Уровень NO3 в мг/л
120
100
80
60
40
20
0
0
7
14
21
28
35
42
49
Количество дней
Начальный уровень нитратов соответствовал 120 мг/л, что является сильным превышением
допустимого уровня. Но уже через 2 недели работы скиммера уровень нитратов упал в 2 раза
(60 мг/л), а через 4 недели уровень снизился в 4 раза (30 мг/л). В конце 7-й недели уровень стал
ниже 20 мг/л и больше практически не менялся.
Таким образом, мне удалось решить поставленную задачу и привести количество нитратов в
аквариуме к допустимому уровню.
10
Рисунок 6 Мой аквариум - 2.5 года с начала старта.
Кораллы: в центре снизу - фавитес, слева в виде гриба - саркофитон
справа сверху - галаксея.
Рыбы: белая с желтыми полосами - бабочка-пинцет,
красная с белыми полосами - клоун-премнас.
11
Изучение морских животных
В процессе работы над проектом я изучал различных обитателей коралловых рифов как в дикой
природе, так и в аквариумах. Наблюдения за своим аквариумом я записывал в онлайн дневнике
(блоге) http://aquarium-prj.livejournal.com, распечатку которого можно найти в приложении.
Кроме изучения животных в своем аквариуме, я наблюдал за ними в морской обсерватории в
Израиле, сам нырял с ластами и маской в Красное море, многократно посещал океанариум на
Чистых прудах в Москве, и даже уговорил родителей организовать туда экскурсию для своего
класса, которая состоялась в конце января 2011 года. Более подробная информация об этом
также в блоге.
В процессе подготовки я просмотрел несколько научно-популярных фильмов об обитателях
коралловых рифов, которые я рекомендую посмотреть всем любителям природы:

Грезы кораллового моря. Пробуждение, 2009 г - в фильме рассказывается о
многообразии кораллов, а также об истории их зарождения и развития.

Экватор. Рифы изобилия, 2005 г. - фильм цикла "Экватор" рассказывает коралловых
рифах и их обитателях. В фильме показывается множество морских животных и
особенности их поведения.

Суперхищники. Белая акула, 2010 г - фильм из цикл передач национального
географического общества "Суперхищники". Этот фильм рассказывает о жизни одной
белой акулы с момента ее рождения и до момента становления ее взрослой. Фильм
сделан очень волнующе и эмоционально, в процессе просмотра ты начинаешь
сопереживать этой большой и опасной рыбе. В фильме дается множество интересных
сведений об акулах.

Что это такое? Аквариум, 2006 г. - фильм из цикла передач канала Дискавери "Что это
такое?", который посвящен самому большому в мире океанариуму в городе Атланта
штат Джорджия США. Фильм рассказывает о том, как устроен самый большой в мире
аквариум, кто в нем живет и как о нем заботятся люди, работающие там.
12
Заключение
В процессе работы над проектом я многое узнал о природе кораллового рифа и его обитателях.
Познакомился с огромным количеством морских животных, узнал их повадки, особенности
поведения, болезни, степень опасности для человека. Научился ухаживать за своими морскими
животными и создавать им благоприятные условия обитания.
Стал лучше понимать процессы, которые происходят в океане. Изучил основы химии для
лучшего понимания состава морской воды – щелочность/кислотность, химические элементы и
их соединения, потому что вода является самым важным элементом морского аквариума.
Изучил роль бактерий и водорослей и их огромное влияние на океан, так как именно водоросли
и бактерии в первую очередь обеспечивают экологический баланс океана. Кроме того я стал
лучше разбираться в устройстве морского аквариума и приборах, необходимых для его работы.
Тема моего проекта «Поддержание оптимального экобаланса морского аквариума: создание
саморегулирующейся экосистемы при минимальном вмешательстве извне», считаю, что мне
удалось частично решить поставленную задачу. Действительно, использование скиммера
позволило мне добиться существенных результатов в борьбе с количеством нитратов в
аквариуме. В моем случае я наблюдал шестикратное уменьшения количества нитратов. Я вдвое
реже стал менять воду в аквариуме, при этом роста нитратов не наблюдается. Я считаю, что
скиммер должен обязательно использоваться для морских аквариумов любого типа и объема
для поддержания оптимального экологического баланса. Кроме этого я понял, что совсем
отказаться от вмешательства в аквариум нельзя, кроме кормления и чистки стенок аквариума
обязательно необходимо делать подмены воды, потому что кроме борьбы с нитратами они
нужны для поддержания в воде достаточного уровня кальция, магния, йода и других веществ,
которые потребляют морские животные.
Коралловый риф – это одно из самых прекрасных образований на Земле. Когда ты начинаешь
изучать, процессы, происходящие в океане, ты начинаешь лучше понимать, насколько хрупким
является тот баланс, который позволяет рифу расти и развиваться. К сожалению, человек своей
деятельностью все больше и больше загрязняет океан, и самоочистительные возможности
океана могут скоро не выдержать, что может привести к гибели кораллов и животных их
населяющих. Вот почему важно понимание процессов, происходящих в океане, и защита
океана, как целостной экологической системы, от разрушительной деятельности человека!
На текущий момент у меня дома два морских аквариума – маленький, в котором я проводил
исследования по проекту и большой 240 литров, который был куплен недавно. В обоих
аквариумах живет 10 рыб и около 20 беспозвоночных животных - кораллы, ракообразные и
даже морской еж. Я получаю огромное удовольствие, когда наблюдаю за своими аквариумами,
потому что это действительно красивое зрелище. Но кроме удовольствия я также ощущаю и
ответственность за жизнь и здоровье своих питомцев и стараюсь создать для них более
естественные условия обитания. И еще я чувствую определенную гордость за то, что в моем
доме есть целых два коралловых рифа, и в этом есть и моя небольшая заслуга!
13
Рисунок 7 Мой новый большой аквариум - 2 месяца с начала старта.
Старые обитатели на новом месте.
белая с желтыми полосами - бабочка-пинцет,
красная с белыми полосами - клоун-премнас.
14
Список литературы
1. Гор Л. Морской Аквариум. Содержание и разведение рыб в морских аквариумах - М.:
ООО "АКВАРИУМ ЛТД", 2002.
2. Дейкин Н. Морской аквариум -Andromeda Oxford Ltd, 1996
3. Иванов А., Савчук С. Рифовый аквариум - Мариуполь: Рената, 2005.
4. Фридман Д. Чудеса Красного моря - PALPHOT LTD, 2007.
5. Llewellyn C. Sharks - KINGFISHER BOSTON, 1999.
Статьи из журналов:
1. Коралл. Морской Аквариум ISSN 1439-779X
2. Аквариум ISSN 0869-6691
Интернет ресурсы:
1. Компания Морской Аквариум http://www.aquatis.ru/
2. Морской форум Аква Лого http://www.aqualogo.ru/phpbb2/index.php
3. Украинский форум аквариумистов http://aquaforum.kiev.ua/forum/
4. Форум аквариумистов Израиля http://www.aquaristclub.org/forum/
5. Центральный портал морской аквариумистики http://www.reefclub.kiev.ua/forum/
6. Белорусский форум аквариумистов http://aqa.by/index.php?act=idx
7. Всё по морскому аквариуму http://aquasea.narod.ru/
8. Все об актиниях http://actiniaria.com/
9. Мосаквариум Публикации http://www.mosaquarium.ru/index.php?t=1&n=17
10. Болезни рыб http://aquariumhome.narod.ru/l2.html
11. Рыбная база http://www.fishbase.com/search.php
12. Экзотические морские аквариумы http://exotarium.ru/
13. Книги в электронном виде http://www.aqa.ru/forum/viewthread.php?tid=42667
14. Аквариум.ру http://www.aqa.ru/
15. Аквариум Андрея Оспина
http://www.advancedaquarist.com/2006/12/aquarium/document_view
16. Сайт Шерика http://sheric.ru/
17. Аквариумный рай http://aquaray.ru/
18. Аквариум в подробностях от Alexa http://ealex.aqua-web.org/
15
Оглавление
Введение ................................................................................................................................................................1
Виды загрязнений и их источники .......................................................................................................................2
Азот и его соединения.......................................................................................................................................2
Азотный цикл .........................................................................................................................................................4
Способы снижения уровня нитратов ...................................................................................................................6
Пеноотделительная колонка (скиммер)..........................................................................................................9
Исследование эффективности скиммера для снижения уровня нитратов ....................................................10
Изучение морских животных ..............................................................................................................................12
Заключение ..........................................................................................................................................................13
Список литературы ..............................................................................................................................................15
16