Akvaristika

1. Měřením úbytku živin pomocí kapkových testů
Postup:
Na začátku sledovaného období (např. na začátku týdne) změříme pomocí kapkových testů koncentrace některých důležitých živin v akváriu (NO₃, PO₄, Fe). Totéž pak uděláme na konci sledovaného období (např. na konci týdne). Obě naměřené hodnoty pak od sebe odečteme, a rozdíl představuje orientační spotřebu živin v testovaném akváriu za dané období.
Příklad:
V pondělí naměřím v akváriu 30 mg/ℓ NO₃, 1 mg/ℓ PO₄ a 0.50 mg/ℓ Fe. V neděli naměřím 25 mg/ℓ NO₃, 0.7 mg/ℓ PO₄ a 0.49 mg/ℓ Fe. To znamená, že za týden se koncentrace živin ve vodním sloupci snížila o 5 mg/ℓ NO₃, 0.3 mg/ℓ PO₄ a 0.01 mg/ℓ Fe.
Klady této metody:
Jednoduchost (vyžaduje pouze zakoupení kapkových testů a změření koncentrace živin).
Zápory této metody:
Nejméně přesná metoda stanovení. Pomocí běžně dostupných kapkových testů (např. značky JBL nebo Sera) se dá změřit obsah pouze vybraných druhů živin → nejčastěji NO₃, PO₄ a Fe (a třeba spotřeba CO₂ se touto metodou nedá měřit vůbec). Kapkové testy se navíc používají spíše jen k orientačnímu stanovení → ke stanovení přesných koncentrací nejsou určeny. Z tohoto důvodu mohou být naměřené výsledky značně nepřesné, a i kdyby se pomocí kalibrace těchto testů zajistilo přesnější měření, výsledky mohou být ve výsledku nadhodnocené, protože touto metodou se ve skutečnosti nezjišťuje přímá spotřeba živin rostlinami, ale pouze míra úbytku živin ve vodním sloupci, což nemusí být nutně totéž, protože část živin, které do vody přidáváme ve formě hnojiva, nemusí skončit výhradně jen u rostlin, ale také v substrátu či filtračních médiích, nebo je mohou odbourat mikrobi, případně se mohou částečně vysrážet nebo jinak degradovat. Jak velká část to ale bude, se dá jen těžko při této metodě nějak kvantifikovat.
2. Měřením úbytku živin pomocí laboratorní analýzy
Postup:
V pondělí odebereme z akvária vzorek vody a odneseme ho do laboratoře k analýze. Totéž pak uděláme v neděli (resp. v pondělí). Na základě rozdílu zjistíme poměrně přesný týdenní úbytek živin v našem akváriu.
Klady této metody:
Relativně spolehlivý způsob, jak zjistit celkový úbytek živin v celém systému (akváriu). Díky laboratorní analýze můžeme znát hodnoty všech prvků, které nás zajímají (kromě CO₂).
Zápory této metody:
Stejně jako u předchozí metody ani zde ve skutečnosti nezjišťujeme spotřebu živin, ale úbytek živin. Platí zde tedy stejná omezení jako u předchozí metody. Výsledky může navíc nezanedbatelnou měrou ovlivnit i absorpční schopnost substrátu a také filtračních médií. Pokud se větší množství dodaných živin "nasákne" do substrátu, vyjde nám mnohem vyšší úbytek živin. Jak už bylo zmíněno, z výsledků nebude možné přesně určit, jaké množství živin připadá na samotné rostliny. Předpokládám však, že v akváriích s inertními substráty může mít použití této metody smysl (viz výsledky níže).
3. Snižováním dávky hnojiva až do té míry, dokud se u rostlin nezačnou projevovat příznaky nedostatku živin
Postup:
1.týden dávkujeme do akvária nelimitní množství živin (můžeme začít na doporučeném dávkování metody Estimative Index).
2.týden dávkování z 1.týdne o 20% snížíme, a sledujeme kondici rostlin.
3.týden dávkování z 2.týdne opět o 20% snížíme, a sledujeme kondici rostlin.
Takto pokračujeme, dokud se u rostlin nezačnou projevovat nějaké příznaky nedostatku živin. Jakmile k tomu dojde, zaznamenáme si poslení známou "bezproblémovou" dávku, která představuje reálnou spotřebu živin v našem akváriu. Intervaly mezi úpravami dávek je lepší nastavit třeba na 2 týdny, aby měly rostliny dostatek času na provedenou změnu zareagovat.
Klady této metody:
Jednoduchost → není třeba provádět žádná měření či složité výpočty, ani laboratorní rozbory.
Zápory této metody:
Prakticky totožné jako u druhé metody. Když se navíc začnou po snížení dávky hnojiva projevovat u rostlin příznaky nedostatku některých živin, nebudeme mít žádnou jistotu ohledně toho, kterých živin je stále dostatek a kterých už nedostatek. Touto cestou tedy zjistíme jen to, kdy přestane rostlinám stačit kombinace živin v daném poměru. Kromě toho tato metoda nepočítá se zásobami živin, které si mohou rostliny v době "hojnosti" vytvářet, a jež pak mohou v době "nedostatku" úspěšně po různě dlouhou dobu využívat ke svému růstu.
4. Vážením přírůstků rostlinné biomasy (v průběhu delšího časového období)

Tato metoda spočívá v pravidelném a dlouhodobém vážení přírůstků rostlinné biomasy → tj. částí (resp. přebytků) rostlin, které při pravidelné péči o rostliny (spočívající především v jejich zastřihávání a přesazování) odstraňujeme z akvária. Odstraněné přebytky rostlin vyndáme z akvária, osušíme je od povrchové vody (nejlépe v odstřeďovací sušičce na salát, nebo v utěrce), a poté zvážíme na digitální váze s rozlišením min. 0,1 g. Výsledky vážení (v gramech) zaznamenáváme nejméně 2-3 měsíce, a poté z toho vypočítáme průměrný týdenní přírůstek "živé váhy". Tento výsledek pak přepočteme na plochu dna akvária (g/dm2). Příklad: Tři měsíce zaznamenávám přírůstky rostlinné biomasy ve svém akváriu. Celkem to činí 543 g za 123 dní. Průměrný týdenní přírůstek tedy činí 30,9 g (543 g / 123 dní * 7 dní). Moje akvárium má plochu dna 80x35 cm, tj. 28 dm². V přepočtu na plochu vychází tedy průměrný týdenní přírůstek v testovaném akváriu na 1,1 g/dm² (30,9 g / 28 dm²). Z takto vypočteného údaje pak na základě zjištěného poměru živin (viz oddíl "Data, ze kterých vycházím") v sušině vypočítáme konkrétní množství živin, které byly k vytvoření daného množství rostlinné hmoty zapotřebí. Samotné měření přírůstků nás ale ještě k cíli nedovede, protože se při něm většinou neberou v potaz přírůstky kořenové biomasy, odpadní produkty fotosyntézy, ani efektivita distribuce a příjmu živin (která nikdy nebývá 100%). A protože se vliv těchto faktorů na konečný výsledek dá jen odhadovat, bude i vypočtené množství spotřebovaných živin vždy jen odhadem (byť kvalifikovaným, a asi nejlepším, jakého budeme schopni se v domácích podmínkách dopídit).

Klady této metody:

V domácích podmínkách asi nejpřesnější metoda stanovení množství živin, které naše rostliny za sledované období (týden) spotřebují.
Tuto metodu používají k orientačnímu stanovení spotřeby živin u vodních rostlin i odborníci z Botanického ústavu AV ČR v Třeboni.

Zápory této metody:

Aby mělo stanovení spotřeby prostřednictvím této metody smysl, je nutné zjistit procentuální obsah živin v sušině testovaných rostlin, což je možné pouze laboratorní analýzou (což není zrovna levná záležitost → kompletní analýza většiny esenciálních živin v sušině stojí zhruba 1.500,- Kč). Při výpočtech se dá sice vycházet i z nějakého obecného průměru, ale vypočtené výsledky pak nemusejí být příliš přesné.
Navíc v případě, že se neberou v potaz přírůstky kořenové biomasy, mohou být výsledky mírně podhodnocené (odhadem tak o 20%).

Faktory, které mohou mít vliv na výpočet spotřeby živin:

1. Kořenová biomasa
Při vážení přírůstků rostlinné biomasy nebylo vždy možné vzít v potaz i množství kořenové biomasy, přestože čas od času byly některé rostliny vyjmuty z akvária i s kořeny, a na původní místo byly zasazeny nové výhonky. Ponořené rostliny však mají - až na určité výjimky - malý podíl kořenů (jen 10-30% z celkové biomasy) a některé druhy (např. bublinatky nebo růžkatce) jsou dokonce zcela bezkořenné. Kromě toho je třeba vzít v potaz i to, že během pravidelného stříhání nových přírůstků rostlin si rostliny po zastřižení vytvoří opět nové výhonky, zatímco kořenový systém se už po zastřižení výhonků nijak markantně nerozrůstat nebude a zůstane tedy víceméně stejný; větší roli tak může hrát snad jen u expanzivních druhů rostlin. To bude v praxi znamenat, že čím větší počet zastřižení u rostlin provedeme, tím menší podíl bude kořenová biomasa na celkové živé váze mít.
Příklad: Pokud budeme vycházet z toho, že v průměru tvoří 20% rostlinné biomasy kořenový systém, pak u rostliny vážící například 10 g (živá váha), bude tvořit kořenový systém 2 g. Když ale rostlinu každých 14 dní o polovinu zkrátíme (zastřihneme), získáme tím každé 2 týdny zhruba 4 g živá váhy (10 g = celá rostlina; z toho 2 g kořeny + 8 g výhonky a listy; ustřihneme-li každých 14 dní polovinu nadzemní části, získáme 4 g). Takže třeba za 3 měsíce (12 týdnů) získáme 24 g živé váhy (6 zastřižení x 4 g). Kořenová biomasa bude ale zhruba stále stejná, což znamená, že bude mít pořád jen ty 2 g. Takže na 24 g živé váhy nadzemní biomasy budou připadat jen 2 g kořenové biomasy (což je jen ~8%). Konkrétní čísla se samozřejmě mohou lišit.
→ Započítaný vliv: 20% (na každých 100% ostříhaných rostlin, připadá max. 20% nové kořenové biomasy)
2. Odpadní produkty rostlin
Asi 1-2 % uhlíku (C) z hrubé fotosyntézy vylučují vodní rostliny zpět do vody, nejčastěji v podobě kyselin.
→ Započítaný vliv: 0% (pokud totiž rostliny vytvoří určitou biomasu/sušinu, tak se množství minerální živin odvozuje přímo z ní)
3. Substrát
Velké množství živin do sebe dokážou z vodního sloupce absorbovat i porézní (především jílovité) substráty. Dá se ale předpokládat, že takto absorbované živiny budou z větší části rostlinám v substrátu přístupné.
→ Vliv nelze odhadnout (v případě použití substrátu s vysokou sorpční schopností bude jistější dávky živin o něco navýšit)
4. Další organismy v akváriu
V literatuře se uvádí, že až 60% dusíkatých látek (N) přemění mikrobi v akváriu na plynný dusík (N₂), který pak v podobě bublin unikne ven z akvária. Nejedná se však primárně o dusíkaté látky ve vodním sloupci, ale spíše v substrátu, které tam vznikají při rozkladu organických látek, nebo při denitrifikaci v hlubších anaerobních vrstvách. Z tohoto důvodu nebudu ve svých výpočtech s tímto vlivem počítat.
→ Vliv na živiny ve vodním sloupci bude pravděpodobně zanedbatelný
5. Poměr živin v sušině
Poměr živin v sušině, ze kterého při výpočtu skutečné spotřeby živin u vodních rostlin vycházím, jsem si nechával zjišťovat pomocí laboratorní analýzy ve Výzkumném ústavu meliorací a ochrany půdy v Praze. Pokud by si chtěl někdo udělal podobný test a neměl by možnost nechat si udělat přesný laboratorní rozbor rostlinného materiálu, může při výpočtech vyjít z rozmezí pro dobrý růst uváděného v literatuře (2.5-4.5% N, 0.25-0.75% P, 1.5-5.5% K, 1.0-4.0% Ca, 0.25-1.0% Mg, 0.01-0.03% Fe). U různých druhů rostlin (a dokonce i u stejných druhů rostlin při různých podmínkách) se bude samozřejmě konkrétní poměr živin v sušině lišit, a tím pádem se pak mohou lišit i konečné výsledky. Tento vliv může hrát poměrně velkou roli.
→ Započítaný vliv: žádný (vycházím z přesné laboratorní analýzy)
6. Obsah sušiny
Obsah sušiny u vodních rostlin se může pohybovat v rozmezí 5-15% živé váhy, přestože u převážné většiny vodních rostlin pěstovaných v akváriích se to bude pohybovat pravděpodobně kolem 10%. Sám jsem zkoušel vážit sušinu u tří různých vzorků směsice běžně používaných vodních rostlin (Anubias, Echinodorus, Pogostemon, Rotala, mechy apod.), a procentuální podíl sušiny na živé váze mi vyšel v rozmezí 8-11%. Kromě toho jsem si nechal obsah sušiny zjistit i pomocí laboratorní analýzy a vyšel 9,88%.
→ Ve svém testu budu počítat s 10% obsahem sušiny
7. Efektivita distribuce a příjmu živin → dodaná energie a metabolismus rostlin
I když bude ve vodě živin relativně málo, pokud bude tato voda v akváriu cirkulovat, odčerpají z ní postupně rostliny všechny živiny, které budou potřebovat. Nicméně rychlost, jakou budou rostliny tyto živiny z vody (nebo substrátu) odčerpávat, bude záviset především na množství energie proudící do akvária (především v podobě světla, ale také tepla a koncentrace živin). To znamená, že při silnějším osvětlení, vyšší teplotě a vyšší koncentraci živin, bude probíhat fotosyntéza (a tedy i růst a příjem živin) rychleji, neboť se zrychlí metabolismus rostlin.

Vodní rostliny obsahují průměrně 90% vody a 10% sušiny. Sušina je tvořena organickými a anorganickými (minerálními) látkami, z nichž po spálení zbude zhruba 10% popela. Přibližně 85-95% sušiny tvoří organické látky na bázi uhlíku (C), vodíku (H) a kyslíku (O). Zbylých 5-15% pak připadá na ostatní látky, které se mohou u vodních rostlin pohybovat zpravidla v následujícím rozmezí (vztaženo k celkovému množství sušiny): 2.5-4.5% N, 0.25-0.75% P, 1.5-5.5% K, 1.0-4.0% Ca, 0.25-1.0% Mg, 0.01-0.03% Fe, přičemž horní mez je příznačná spíše pro eutrofické vody bohaté na živiny.

Podle Roberta D. Munsona ¹⁾ je průměrný optimální obsah živin ²⁾ v sušině u suchozemských rostlin zhruba následující: 3.5% N, 0.48% P, 3.5% K, 2.5% Ca, 0.63% Mg, 0.63% S, 0.02% Fe. Jaké externí koncentraci živin by tyto hodnoty u vodních rostlin odpovídaly dosud bohužel nikdo nezkoumal. Přesné hodnoty se budou samozřejmě druh od druhu lišit, a určitou roli zde budou hrát i konkrétní podmínky prostředí, stáří rostlin nebo další vlivy. Pokud se však bude obsah živin v sušině u našich rostlin pohybovat v rámci určitého optimálního rozmezí (viz modrý proužek s bílými hodnotami), dá se předpokládat, že měly naše rostliny k dispozici dostatečné (optimální) množství živin. Naproti tomu, pokud bude obsah živin v sušině u našich rostlin výrazně nižší nebo naopak výrazně vyšší, dá se předpokládat, že měly k dispozici nedostatečné či přebytečné množství živin. První případ se bude s nějvětší pravděpodobností projevovat různými symptomy deficience živin, zatímco druhý případ se může projevovat různými toxickými účinky (např. růstovými deformacemi).

V tomto testu jsem v zařízeném, zaběhnutém a hustě osázeném rostlinném akváriu pravidelně (zhruba každý týden) zastřihával přerostlé rostliny, které jsem pak po vyndání z akvária osušil a zvážil (jakožto "živou váhu"). To, kolik rostlin jsem v průběhu sledovaného období (několika měsíců) z akvária sklidil, můžete vidět v tabulce. Na konci testu jsem ze všech dat vypočítal průměrný týdenní přírůstek rostlinné biomasy v přepočtu na jednotku plochy dna, aby bylo možné mezi sebou srovnávat výsledky z různě velkých akvárií.

V tomto testu jsem postupoval stejně jako u výše uvedeného testu, jen s tím rozdílem, že sem v tomto hustě osázeném rostlinném akváriu nepoužíval žádný substrát ani filtrační náplně, abych zjistil, jak budou rostliny růst v akváriu bez výživného substrátu, kde jsou odkázané výhradně jen na přísun živin z vodního sloupce.

Kolik živin představuje 1 g živé váhy + průměrná spotřeba živin v modelovém akváriu

Postup výpočtu hodnot ve sloupcích C a D:
1 g živé váhy = 0,10 g sušiny (10%)
C = 45.000% v sušině = 0,10 g * 0.45000 = 0.045    g = 45.0   mg * 3,67 3) = 165.2   mg CO2
N =  3.500% v sušině = 0,10 g * 0.03500 = 0.0035   g =  3.5   mg * 4,43 3) =  15.5   mg NO3
P =  0.480% v sušině = 0,10 g * 0.00480 = 0.0005   g =  0.5   mg * 3,07 3) =   1.5   mg PO4
K =  3.500% v sušině = 0,10 g * 0.03500 = 0.004    g =  3.5   mg           =   3.5   mg K
Fe = 0.020% v sušině = 0,10 g * 0.00020 = 0.000020 g =  0.020 mg           =   0.020 mg Fe

³⁾ 1 mg C = 3,67 mg CO₂, 1 mg N = 4,43 mg NO₃, 1 mg P = 3,07 mg PO₄

V tomto testu jsem použil hustě zarostlé rostlinné akvárium bez substrátu s prázdným filtrem bez filtračních médií, který sloužil pouze k cirkulaci vody. Do akvária jsem přidával plynný oxid uhličitý, který jsem rozpouštěl pomocí skleněného difuzoru tak, aby výsledná koncentrace CO₂ ve vodě dosahovala zhruba 30-50 mg/ℓ. Teplotu jsem udržoval pomocí topítka na 25°C. Každý den jsem pomocí skimmeru odstraňoval mastnotu na hladině. K osvětlení akvária jsem použil LED osvětlení s čipy Cree XP-G2 o celkovém příkonu 20W a ozáření 100-400 µmol.m^-2.s^-1 (100 µmol u dna, 400 µmol u hladiny).

V neděli jsem v akváriu vyměnil 50% vody a nadávkoval jsem tam hnojivo zhruba v následujícím množství: 30 mg/ℓ dusičnanů a 20 mg/ℓ draslíku (ve formě KNO₃), 5 mg/ℓ fosforečnanů (ve formě KH₂PO₄). Nějaké živiny byly již také v demineralizované vodě, kterou jsem použil (pitná voda upravená pomocí reverzní osmózy) a u níž jsem upravil alkalitu a tvrdost na výsledné hodnoty 5°dKH (pomocí NaHCO₃) a 8°dGH (pomocí CaSO₄*2H₂O a MgSO₄*7H₂O). V pondělí ráno jsem do akvária přidal ještě 0.5 mg/ℓ železa + ostatní stopové prvky (ve formě komerčního hnojiva Easy-Life ProFito). Následně jsem v pondělí (1.den), středu (3.den), pátek (5.den) a pondělí (8.den) ráno odebral z akvária vzorek vody (1.0-1.5ℓ), a zanesl jej vždy ještě týž den do laboratoře k analýze. Výsledky laboratorních rozborů můžete vidět níže.

Akvárium na konci testu

Parametry akvária: Velikost: 62L → d38 x š38 x v43 cm Filtrace: kanistrový filtr, 440 L/h (7x/hod., decentní cirkulace vody), rozstřikovací rampa → bez filtrační hmoty Skimmer: Eheim Skim 350 (15-30 minut denně na odstranění mastné hladiny) CO2: ~30-50 mg/ℓ → tlaková lahev + CO2 reaktor (24h denně) Substrát: bez substrátu (pouze malé inertní oblázky v košíčkách) Hnojení: 30 mg/ℓ NO3, 5 mg/ℓ PO4, 20 mg/ℓ K, 0.5-1.0 mg/ℓ Fe → týdenní dávky Osvětlení: ~85-100 µmol PAR u substrátu (silné osvětlení), 8h denně (6-14h) Topení: topítko Juwel 100W → teplota: 25°C Vstupní voda: remineralizovaná voda z reverzní osmózy (4-5°dKH, 8°dGH) Výsledky laboratorních rozborů: Parametr Značení Jednotka 1.den 2.2.2015 3.den 4.2.2015 5.den 6.2.2015 8.den 9.2.2015 rozdíl za týden pH pH 7,01 7,00 7,00 6,75 konduktivita µS/cm 604 524 80 alkalita KNK4,5 mmol/ℓ 1,53 1,68 -0,15 přepočet °dKH 4,28 4,70 -0,42 Chem.spotř.kyslíku ChSKMn mgO2/ℓ <0,50 <0,50 <0,50 <0,50 amonné ionty NH4 mg/ℓ <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 dusitany NO2 mg/ℓ 0,01 0,01 0,01 <0,01 dusičnany NO3 mg/ℓ 29,2 30,1 25,0 16,3 12,9 dusičnany fosforečnany PO4 mg/ℓ 5,07 3,56 3,24 2,93 2,14 fosforečnany sírany SO4 mg/ℓ 150 151 -1 chloridy Cl mg/ℓ 2 2 0 draslík K mg/ℓ 18,4 12,9 5,5 draslík sodík Na mg/ℓ 40,7 39,9 0,8 hořčík Mg mg/ℓ 14,1 14,4 -0,3 vápník Ca mg/ℓ 37,7 37,3 0,4 železo Fe mg/ℓ <0,10 <0,10 tvrdost [dopočet] °dGH 8,5 8,5 0

Grafické znázornění úbytku vybraných živin (mg/ℓ):