CO2 im Aquarium

Pflanzendüngung mit CO2

Warum mit Kohlendioxid gedüngt wird

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Kohlendioxid spielt eine wichtige Rolle bei der Düngung von Aquarienpflanzen und damit in der gesamten Ökologie eines Aquariums. Viele Aquarianer bringen mit mehr oder weniger viel Aufwand Kohlendioxid in das Aquarium, andere Aquarianer kommen ohne diesen Aufwand aus.

Die Düngung mit Kohlendioxid soll verhindern, dass durch den Verbrauch der Pflanzen und Tiere weniger Kohlendioxid im Wasser ist als von den Pflanzen benötigt wird. Die Pflanzen holen das benötigte CO2 sonst aus der Karbonathärte.

Das führt zu steigenden pH-Werten und zu einer Kalkablagerung auf den Pflanzen, der so genannten biogenen Entkalkung. Durch die hohen pH-Werte können die Kiemen der Fische verätzt werden.

Wo kommt das Kohlendioxid (CO2) her?

Pflanzen verbrauchen bei der Photosysnthese Kohlendioxid und geben Sauerstoff ab. Pflanzen und Tiere verbrauchen bei der Atmung Sauerstoff und geben Kohlendioxid ab. Pflanzen brauchen tagsüber mehr Kohlendioxid als sie erzeugen und erzeugen mehr Sauerstoff als sie verbrauchen. Das zusätzliche Kohlendioxid, das Pflanzen verbrauchen, wird durch die Atmung der Tiere erzeugt. Nachts verbrauchen auch Pflanzen Sauerstoff und erzeugen Kohlendioxid.

Kohlendioxid entsteht also bei der Atmung. Kohlendioxid und Sauerstoff bilden einen Kreislauf, der aus Photosynthse und Atmung besteht.

Die Menge an Kohlendioxid und Sauerstoff im Aquarium hängt von der Anzahl an Pflanzen und Tieren ab. Deshalb benötigen manche Aquarien mit vielen Fischen und wenigen Pflanzen häufig Luftpumpen, mit denen Sauerstoff in das Aquarium gebracht wird. In Aquarien mit wenig Fischen und vielen Pflanzen kann es notwendig sein, Kohlendioxid von außen zuzuführen. Es wird dann oft von CO2-Düngung gesprochen. Auch die Pflanzenart spielt eine Rolle. Cryptocorynen verbrauchen z. B. relativ wenig Kohlendioxid.

Zwischen dem Kohlendioxid in der Luft und dem Kohlendioxid im Wasser stellt sich ein bestimmtes Gleichgewicht ein. Dieses Gleichgewicht liegt bei ca. 5 mg/Liter Wasser. Pflanzen benötigen einen Gehalt zwischen 10 und 20 mg/Liter Wasser. In diesem Bereich wird ständig Kohlendioxid aus dem Wasser an die Luft abgegeben. Außerdem verbrauchen die Pflanzen Kohlendioxid schneller als es über die Wasseroberfläche in das Wasser aufgenommen werden kann, selbst wenn die Wasseroberfläche stark bewegt wird. Aufgrund des schnellen Verbrauchs und der langsamen Einstellung eines Gleichgewichts zwischen Wasser und Luft besteht in vielen Aquarien ein ständiger Mangel an Kohlendioxid. Nur in Aquarien, in denen viel Kohlendioxid erzeugt wird, steht genug Kohlendioxid für die Pflanzen zur Verfügung.

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Licht und Kohlendioxid

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Durch Licht kann der Bedarf an Kohlendioxid teilweise gesteuert werden. Wird das Aquarium stärker beleuchtet, findet eine intensivere Photosynthese statt und die Pflanzen verbrauchen entsprechend mehr Kohlendioxid. Auch die Pflanzen spielen bei dieser Regulation eine wesentliche Rolle. Durch die intensive Photosynthese wachsen sie entsprechend schnell. Dadurch entsteht viel neue Pflanzenmasse, die sich wieder zersetzt und zusätzlich CO2 erzeugt. Unter günstigen Umständen pegelt sich der Verbrauch so ein, dass CO2-Gehalt nach der Erhöhung der Beleuchtungsstärke genauso hoch ist wie vorher. In vielen Fällen muss aber bei stärkerer Beleuchtung mehr CO2 zugeführt werden.

Bei den normalerweise verwendeten Doppelleuchten ist bei normalem Fischbesatz in der Regel keine CO2-Düngung notwendig. Bei stärkerer Beleuchtung, bei geringem Besatz etc. kann eine Düngung mit CO2 erforderlich sein.

In schwach beleuchteten Aquarien wachsen die Pflanzen langsamer. Deshalb kann der mit dem Futter indirekt eingebrachte Dünger ausreichen.

Wann die Düngung mit Kohlendioxid notwendig ist

Ob eine CO2-Düngung notwendig ist, hängt von dem Verhältnis von CO2-Produzenten und CO2-Konsumenten ab. Die CO2-Produktion wird durch die Stärke des Besatzes bzw. die Futtermenge bestimmt.

  • Kohlendioxid ist die Endstufe der Mineralisation organsicher Stoffe.
  • Bei der Nitrifikation entsteht salpetrige Säure. Diese zerstört die Karbonathärte und Kohlendioxid wird frei.

CO2-Konsumenten sind hauptsächlich die Pflanzen, die bei der Assimilation (Photosyntese) Kohlendioxid verbrauchen.

Wenn im Aquarium genug Kohlendioxid erzeugt wird, so dass die Pflanzen nicht unter CO2-Mangel leiden, ist eine CO2-Düngung nicht erforderlich.

In gut beleuchteten Aquarien mit vielen Pflanzen und wenigen Fischen ist dagegen oft eine zusätzliche CO2-Düngung notwendig. Wird im Aquarium nicht genug Kohlendioxid erzeugt, entziehen die Pflanzen der Karbonatärte Kohlendioxid. Bei dieser so genannten biogenen Entkalkung wird Kalk ausgefällt. Der pH-Wert steigt stark an auf Werte zwischen 8,5 und 9. In extremen Fällen kann der pH-Wert noch höher steigen.

Richtwert für einen sinnvollen CO2-Gehalt im Aquarium ist ein Wert zwischen 10 und 20 mg/Liter Wasser. Liegt der CO2-Gehalt in diesen Grenzen, muss kein zusätzliches Kohlendioxid eingebracht werden. Liegt der CO2-Gehalt unter 10 mg/Liter Wasser kann CO2 zugeführt werden.
Alternativ können Pflanzenarten eingesetzt werden, die nur wenig CO2 benötigen. Das sind in der Regel Pflanzen, die mit wenig Licht auskommen.

Warum überbesetzte Aquarien trotzdem nicht gut sind

In überbesetzten Becken wird durch die vielen Fische viel Kohlendioxid erzeugt. Am Tag kann dieses Kohlendioxid möglicherweise von den Pflanzen noch verarbeitet werden. Nachts können die Pflanzen aber wegen des fehlenden Lichts keine Photosynthese mehr betreiben. Nachts produzieren die Pflanzen zusätzliches Kohlendioxid und verbrauchen Sauerstoff. Deshalb kann in solchen Aquarien der Sauerstoffgehalt am Morgen so niedrig sein, dass die Fische unter Sauerstoffmangel leiden und im Extremfall sterben.

Warum unterbesetzte Aquarien auch instabil sein können

Einige Aquarianer haben die Erfahrung gemacht, dass in Aquarien ohne Fischbesatz oder mit nur sehr wenigen Fischen auch Probleme auftauchen können. Wurden aus eingefahrenen Aquarien die Fische entfernt, stagnierte nach einiger Zeit der Pflanzenwuchs und Algen machten sich breit, auch wenn regelmäßig Wasser gewechselt wurde. Umgekehrt konnte in einigen Aquarien mit schlechtem Pflanzenwuchs der Wuchs verbessert werden, indem mehr Fische eingesetzt wurden. Möglicherweise fehlen in solchen Aquarien die organischen Stoffe, wie Fischkot und Futterreste, bei deren Zersetzung durch Bakterien CO2 erzeugt wird. Es entsteht also zu wenig CO2, die Pflanzen kümmern und gehen ein. Die organische Belastung steigt wieder. Die beim Absterben der Pflanzen freiwerdenden Spurenelemente und das nun zusätzlich durch Bakterien beim Abbau der organischen Stoffe erzeugte Kohlendioxid kommt Algen zu gute, die sich daraufhin stark vermehren.

Dem stehen aber auch gegenteilige Erfahrungen gegenüber. Dabei wuchsen die Pflanzen mindestens genauso gut wie vorher, nachdem die Fische in einem vorher moderat besetzten Aquarium gestorben waren und keine neuen Fische eingesetzt wurden. In anderen Fällen wuchsen bestimmte Pflanzenarten gerade in sehr gering besetzten Aquarien besonders gut. Auch ohne zusätzlich Düngung durch Pflanzendünger oder Kohlendioxid. In solchen Fällen stellen sich die Stoffwechselvorgänge im Gesamtsystem Aquarium vielleicht auf ein insgesamt niedrigeres Niveau ein. Vielleicht spielen auch die Pflanzenarten eine besondere Rolle. In zwei konkreten Beispielen waren Cryptocorynen betroffen.

Eine genaue Vorhersage, wie sich ein Aquarium bei Veränderungen im Kreislauf zwischen Kohlendioxid und Sauerstoff verhält, kann nicht gemacht werden. Ein Aquarium ist kein in sich abgeschlossenes System. Durch Gasaustausch an der Wasseroberfläche, durch Schnecken und andere Organismen in Kahmhaut, Pflanzen usw. werden der Gehalt an Kohlendioxid und Sauerstoff ebenfalls beeinflusst.

Wie aus Sicht des Kohlendioxid ein stabiles Aquarium aussieht

In einem stabilen Aquarium befinden sich nicht zu viele und nicht zu wenige Pflanzen und nicht zu viele und nicht zu wenige Tiere. Das System ist so im Gleichgewicht, dass soviel Kohlendioxid erzeugt wird, wie auf der anderen Seite verbraucht wird.

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Den Besatz an Fischen und Pflanzen am natürlichen CO2-Gleichgewicht ausrichten?

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Im Prinzip wäre es sinnvoll, den Besatz am CO2-Gleichgewicht auszurichten. Dazu müsste zumindest die Beleuchtung, die Bepflanzung und der Fischbesatz genau an das Wasservolumen und an Erzeugung und Verbrauch von Kohlendioxid und Sauerstoff angepasst werden. Dabei spielen neben Pflanzen und Fischen auch Wirbellose, Algen, Bakterien usw. eine Rolle. Es ist kaum möglich in einem Aquarium einen funktionierenden Kreislauf zu erzeugen. Allerdings existieren noch eine ganze Reihe anderer Faktoren, die ebenfalls berücksichtigt werden müssen. In der Natur ist die CO2-Erzeugung durch Fische verhältnismäßig gering. Der weitaus größte Anteil an CO2 wird durch Bakterien erzeugt. In Gewässern wird das meiste CO2 im Schlamm erzeugt. Dort werden Blätter und anderes organisches Material von Bakterien zersetzt, die dabei Kohlendioxid freisetzen. Eine Schlammschicht von 20 bis 30 cm Höhe ist in Aquarien aber unerwünscht.

In natürlichen Gewässern gibt es relativ zur Wassermenge nur sehr wenige Fische und Pflanzen. Danach dürften in einem Aquarium nur ein bis zwei Fische und einige wenige Pflanzen sein. In der Regel sind in natürlichen Gewässern im Verhältnis zur Fischmenge weniger Pflanzen als in Aquarien zu finden sind. Der Pflanzenwuchs in Aquarien ist in der Regel unnatürlich stark. Im Vergleich zur Natur wird wesentlich mehr Kohlendioxid benötigt. Auch der im Vergleich zur Natur hohe Fischbesatz reicht oft nicht aus, um genug CO2 für die Pflanzen zu erzeugen. Damit die Pflanzen gut wachsen, müssten also sehr viele Fische eingesetzt werden. Das wieder macht extrem große Filter notwendig, um die Ausscheidungen der Fische abzubauen. Vor allem hätten die Fische nicht genug Schwimmraum zur Verfügung.

Das benötigte Kohlendioxid durch entsprechend hohen Fischbesatz zu erzeugen, würde zu extrem überbesetzten Aquarien führen. Es ist unmöglich, in einem Aquarium ein natürliches Gewässer nachzuahmen, das ohne äußeren Eingriff stabil läuft. Ein solches Aquarium mit praktisch nur Wasser, wird von den meisten Aquarianern auch nicht gewünscht.

Als Alternative bleibt nur notwendiges Kohlendioxid von außen zuzuführen. Die CO2-Düngung kann abgeschaltet werden, wenn zuviel CO2 im Aquarium ist. Ein zu hoher Besatz lässt sich nicht einfach verringern.

Wie viel Kohlendioxid ein Fisch erzeugt

Die CO2-Erzeugung der Fische hängt ab von der Sauerstoffaufnahme, die ihrerseits von mehreren Faktoren abhängt. Dazu gehören die Fischgröße, die Aktivität des Fisches, die Ernährung bzw. Kotproduktion, die Wassertemperatur usw. Pflanzen- und Algenfresser erzeugen z. B. mehr Kot als Fleischfresser. Schnelle Schwimmer haben anders gebaute Kiemen als langsame Schwimmer. Sie verbrauchen mehr Sauerstoff und erzeugen mehr Kohlendioxid.

Schnellschwimmende Fische leben deshalb bevorzugt in kalten, sauerstoffreichen Gewässern, während langsame Schwimmer gerne in der Nähe des Bodengrunds oder in Brackwasser leben.
Bei unterschiedlichen Fischarten ist das Blut aus einer Mischung verschiedener Hämoglobine unterschiedlich zusammengesetzt. Sie nehmen unterschiedlich viel Sauerstoff auf und atmen HCO3(-) ab, das an den Kiemen durch Enzyme wieder zu CO2umgewandelt wird. Manche Fische atmen nur über die Kiemen, andere zusätzlich über die Haut, die Schwimmblase usw.

Als Faustregel werden je Gramm eines Fisches etwa 15 bis 40 mg Kohlendioxid erzeugt. Die Verdauung der Fische und die Bakterienflora mineralisieren ungefähr 90 % des Futters. Aus 1 g Trockenfutter entsteht dabei ungefähr 1,2 g Kohlendioxid.

Fischbesatzregel und Kohlendioxid

Die bekannten Regeln nach denen der Fischbesatz ausgerichtet werden soll, haben mit der CO2-Düngung und gutem Pflanzenwuchs nichts zu tun. Diese Regeln sind nicht darauf ausgerichtet, ein Gleichgewicht des Kohlendioxids herzustellen.

Die Löslichkeit von Kohlendioxid in Wasser

Die Löslichkeit von Gasen in Wasser hängt von der Temperatur ab. In kälterem Wasser kann mehr Gas gelöst sein als in wärmerem Wasser. Salze in geringen Mengen spielen für die Löslichkeit keine große Rolle. Der Aufsalzeffekt zeigt aber, dass gelöste Gase die Löslichkeit beeinflussen können. Von der Wasserhärte hängt die Löslichkeit von Kohlendioxid nicht ab. Umgekehrt hält Kohlendioxid das Kalziumhydrogenkarbonat, also die Karbonathärte, in Lösung. Je niedriger der Gehalt an Kohlendioxid ist, desto weiniger Kalziumhydrogenkarbonat ist in Lösung, d. h. Kalk fällt aus. Das ist eine Ursache für die biogene Entkalkung.

Warum früher nicht mit CO2 gedüngt wurde

Früher wurden viele Aquarien schwächer beleuchtet als heute. Die Pflanzen wuchsen langsamer und benötigten weniger Kohlendioxid.

CO2, Karbonathärte und pH-Wert im Aquarium

Der Zusammenhang zwischen Kohlendioxid, Karbonathärte und pH-Wert

Kohlendixoid wird aus der Luft in das Aquarienwasser aufgenommen. Mit dem Wasser verbindet sich Kohlendioxid zu Kohlensäure. Ein Teil der Kohlensäure zerfällt in Wasserstoff-Ionen und Hydrogenkarbonat-Ionen. Hydrogenkarbonat-Ionen dissoziieren teilweise in weitere Wasserstoff-Ionen und in Karbonat-Ionen.

Die folgenden Merksätze gelten für mittlere Härtebereiche und bei den in der Aquaristik üblichen pH-Werten. Bei Karbonathärten unter 3 und pH-Werten unter 5, liegen andere Bedingungen vor. Außerdem muss der hauptsächlich wirksame Puffer der Kalk-Kohlensäure-Puffer sein; z. B. spielt der Kalk-Kohlensäure-Puffer bei einer Karbonathärte unter 1 und Torffilterung keine Rolle. Der Kalk-Kohlensäure-Puffer wird dann durch einen gleichwirksamen Puffer durch Huminsäuren ersetzt.

  • Die Löslichkeit von Kohlendioxid hängt ab von der Temperatur und dem Partialdruck.
  • Die Löslichkeit von Kohlendioxid hängt nicht ab von der Karbonathärte oder dem pH-Wert, solange der pH-Wert im relativ neutralen Bereich zwischen 6 und 8 liegt.
  • Der Verbrauch an Kohlendioxid hängt hauptsächlich von der Assimiliation (Photosyntese) der Pflanzen und der Oberflächenströmung ab.
  • Der Verbrauch an Kohlendioxid ist unabhängig von der Karbonathärte und dem pH-Wert.
  • Jede Verdopplung der Karbonathärte bewirkt bei gleichbleibender Menge an Kohlendioxid einen Anstieg des pH-Wertes um 0,3.
  • Jede Halbierung der Karbonathärte bewirkt bei gleichbleibender Menge an Kohlendioxid eine Absenkung des pH-Wertes um 0,3.
  • Die Karbonathärte ändert sich durch die Einleitung von Kohlendioxid nicht. Rechnerisch ermittelte Änderungen sind unmessbar gering und aquaristisch nicht relevant.
  • Jede Verdopplung der Menge an Kohlendioxid bewirkt unabhängig von der Karbonathärte eine Absenkung des pH-Werts um 0,3. Die Karbonathärte bleibt dabei gleich.
  • Jede Halbierung der Menge an Kohlendioxid bewirkt unabhängig von der Karbonathärte eine Erhöhung des pH-Werts um 0,3. Die Karbonathärte bleibt dabei gleich.
  • Eingeleitetes Kohlendioxid steht vollständig den Pflanzen zur Verfügung. Die abreagierende Menge an Kohlendioxid bewegt sich im Bereich von 1/100 oder 1/1000 mg/Liter Wasser und kann deshalb aquaristisch als konstant betrachtet werden.

Die Stabilität des pH-Werts ist abhängig von der Pufferkapazität der Karbonathärte. Bei geringer Karbonathärte wirkt sich ein Ungleichgewicht zwischen Pflanzen und Fischen schneller aus als bei hoher Karbonathärte. Bei einem ausgewogenen Verhältnis zwischen Pflanzen und Fischen existieren in einem stabilen Aquarium zahlreiche weitere Puffersysteme, wie Fulvosäuren, Filterschlamm usw. Diese verhindern auch bei niedriger Karbonathärte einen Säuresturz, wenn Besatz und Pflegemaßnahmen angemessen sind.

Chemisch betrachtet wird die Pufferkapazität durch die Menge an H+ und die Menge an seltenerem OH- bestimmt, die im Aquarium anfällt. Der pH-Wert wird durch das Verhältnis von KH/CO2-Gehalt bestimmt. Die absolute Menge des Pufferpaares aus Karbonathärte und Kohlendioxid bestimmt, wie viel H+ und OH- aufgenommen werden kann. H+ entsteht vor allem bei der Mineralisation von Futter. Pflanzen produzieren HCO3-, Fische verbrauchen HCO3. Ein Ungleichgewicht zwischen Pflanzen und Tieren ist bei niedrigerer Karbonathärte also schwerwiegender.

Der optimale CO2-Gehalt

Für die meisten Fische ist ein pH-Wert um 7 optimal. Aufgrund des Zusammenhangs zwischen pH-Wert, Karbonathärte und CO2 muss bei höherer Karbonathärte mehr CO2 zugeführt werden, um den pH-Wert im optimalen Bereich zu halten als bei niedriger Karbonathärte.

Die folgende Grafik zeigt den optimalen CO2 -Gehalt in Abhängigkeit von pH-Wert und Karbonathärte bei 25° C. Dabei dürfen keine anderen Säuren, wie Huminsäuren, im Wasser sein.
Die Schädlichkeit hängt zusätzlich von der Fischart, dem Sauerstoffgehalt im Wasser und anderen Bedingungen ab. Amerikanische Zwergbuntbarsche und Regenbogenfische gelten z. B. als empfindlich gegen höhere CO2-Werte.
Wenn die Karbonathärte niedriger ist als 2, können 15 mg CO2/Liter Fische schädigen. Bei einer Karbonathärte von 15 können noch 40 mg CO2/Liter ungefährlich sein.
Ein CO2-Gehalt unter 5 mg/Liter ist für schnellwachsende Pflanzen zu wenig. Für die meisten Pflanzen sind 10 bis 20 mg/Liter vollkommen ausreichend.

Weil ein CO2-Gehalt über 15 mg/Liter für Fische giftig sein kann, sind deshalb in einem bepflanzten Aquarium mit Fischbesatz 10 bis 15 mg CO2/Liter optimal. Bei nicht zu niedriger Karbonathärte kann der CO2-Gehalt im Bereich zwischen 10 und 20 mg CO2/Liter liegen.

Berechnung des CO2-Gehalts aus Karbonathärte und pH-Wert

Aufgrund der Beziehung zwischen Kohlendioxid, Karbonathärte und pH-Wert kann der Gehalt an Kohlendioxid im Wasser aus der Karbonathärte und dem pH-Wert errechnet werden. Bei dieser Methode ist jedoch Vorsicht geboten.

Um korrekte Ergebnisse zu errechnen, muss der pH-Wert auf mindestens 0,01 Stellen genau gemessen werden. Nur bei dieser Genauigkeit ist der errechnete CO2-Gehalt auf 1 bis 2 mg/Liter korrekt. Die normalerweise im Aquarien- oder Elektronikhandel erhältlichen pH-Messgeräte bis ca. 100 Euro haben aber nur eine Genauigkeit von 0,1 bis 0,2 pH-Stufen.

Für die Bestimmung des pH-Werts im Aquarium reicht diese Genauigkeit, bei der Rechenformel für Kohlendioxid ergibt sich jedoch eine Ungenauigkeit von etwa 25 mg/Liter.

Voraussetzung für die Anwendung der Berechungsformel sind möglichst genaue Messungen. Geeignet dazu sind pH-Messgeräte mit einer Genauigkeit von 0,01, die es ab ca. 100 bis 150 Euro gibt, z. B. von Firmen wie Greisinger, Hanna und Bishof. Vor dem Kauf sollten die technischen Informationen gelesen werden, da die Anzeigegenauigkeit und die Messgenauigkeit oft voneinander abweichen. Fast alle Geräte zeigen 2 Digitalstellen hinter dem Komma an, aber nicht alle Geräte messen auch so genau. Vor einer Messung, die als Grundlage für die Berechnung dienen soll, müssen die Geräte mit frischer Kalibrierlösung eingestellt werden.

Tropfentests sind ebenfalls relativ genau, müssen aber entsprechend behandelt werden. Sie können zwar 2 Jahre und länger halten, dürfen aber nicht verunreinigt werden, z. B. durch Wegpusten von Staub oder längeres Öffnen.

Der pH-Wert

Der pH-Wert wird durch das Verhältnis von H+ zu OH- Ionen bestimmt. Der pH-Wert von mineralarmem Osmosewasser kann deshalb durchaus höher sein als der pH-Wert von mineralreichem Leitungswasser. Osmosewasser reagiert aber empfindlicher und wird schon durch Hineinpusten sauer. Wird Osmosewasser mit alkalischem Wasser oder alkalischen Stoffen gemischt, ist auch die Mischung alkalisch. Es gibt z. B. auch Torf, der alkalisch ist.

Der pH-Wert sinkt daher nicht sofort, wenn Osmosewasser in ein Aquarium eingemischt wird, um über die Absenkung der Karbonathärte einen niedrigeren pH-Wert zu erreichen. Erst muss sich das Gesamtsystem Aquarium, d. h. gelöste Salze, organische Stoffe wie Kohlendioxid usw. auf die neuen Bedingungen einstellen.

CO2und Sauerstoff

Soll die CO2-Düngung nachts ausgestellt werden?

Die CO2-Düngung kann so eingestellt werden, dass sie nachts nicht abgeschaltet werden muss. Hierzu schaltet man zunächst die CO2-Zufuhr für 24 Stunden ganz ab. Am nächsten Tag wird vor Einschalten und vor Ausschalten des Lichts der pH-Wert gemessen. Der Wert am Abend liegt voraussichtlich mehr als 0,2 höher als am Morgen. Am nächsten Morgen wird wieder vor dem Einschalten des Lichts gemessen. Dieser Wert und der morgendliche Wert vom Vortag sollten übereinstimmen. Ist auch an diesem Abend der Wert wieder mehr als 0,2 höher als am Morgen, wird am dritten Tag etwa 2 Stunden vor Ausschalten des Lichts die CO2-Zufuhr mit etwa 2 Blasen je Sekunde aufgenommen. Vor dem Ausschalten des Lichts, also 2 Stunden später, sollte der pH-Wert niedriger sein als an den vorherigen Abenden. In den nächsten Tagen wird die CO2-Zufuhr auf diese Art erhöht, bis der abendliche Messwert mehr als 0,15 höher ist als der Wert am Morgen. In der Folgezeit wird der Anstieg im Laufe eines Tages regelmäßig beobachtet und die CO2-Zufuhr entsprechend nachgeregelt.
Alternativ kann die CO2-Zufuhr tagsüber stärker eingestellt werden, dafür aber nachts ganz ausgestellt werden.

Zur Überprüfung der laufenden Zufuhr von Kohlendioxid wird der pH-Wert morgens vor dem Einschalten und abends vor dem Ausschalten der Beleuchtung verglichen. Ist keine Differenz feststellbar, sind entweder keine Pflanzen im Aquarium oder die CO2-Zufuhr ist zu schwach oder zu stark. Die Differenz beträgt in einem moderat bepflanzten Aquarium ca. 0,3.
Verstärkt sich der Pflanzenwuchs, wird die Differenz größer, weil die Pflanzen am Tag mehr Kohlendioxid verbrauchen. Je nach Gegebenheiten müssen die Pflanzen ausgelichtet werden, oder die CO2-Zufuhr erhöht werden. Eine erhöhte CO2-Zufuhr kann zu weiter verstärktem Pflanzenwuchs führen.

Ist die CO2-Zufuhr stärker eingestellt, kann der CO2-Gehalt des Wassers in der Nacht für die Fische zu hoch werden. Bei zu viel CO2 werden die Fische anfällig für Krankheiten und sterben im Extremfall an einer CO2-Vergiftung.

Soll die Wasseroberfläche bewegt werden, um Sauerstoff in das Aquarium zu bringen?

Das Wasser ist eine Art Speicher für den Sauerstoff. Wie viel Sauerstoff im Wasser ist, hängt davon ab, wie viel Sauerstoff im Aquarium durch die Pflanzen erzeugt wird. Daneben hängt der Sauerstoffgehalt von der Temperatur ab. Je höher die Temperatur ist, desto weniger Sauerstoff enthält das Wasser. Ist zu wenig Sauerstoff vorhanden, ersticken die Fische. Durch die Bewegung der Wasseroberfläche kann zusätzlicher Sauerstoff aus der Luft besser in das Wasser kommen.

In einem Aquarium mit vielen Pflanzen und wenigen Fischen erzeugen die Pflanzen normalerweise genug Sauerstoff. Zusätzlicher Sauerstoff aus der Luft wird nicht benötigt. Oft erzeugen die Pflanzen soviel Sauerstoff, dass zusätzlicher Sauerstoff aus der Luft gar nicht im Wasser aufgenommen werden kann. In solchen Aquarien ist der Partialdruck des Sauerstoffs größer als der Partialdruck des Sauerstoffs in der Luft. Deshalb diffundiert sogar Sauerstoff aus dem Wasser in die Luft.

In einem Aquarium mit vielen Fischen im Verhältnis zu den Pflanzen muss evtl. mit einem Sauerstoffstein zusätzlich Sauerstoff in das Wasser hinein- und Kohlendioxid aus dem Wasser herausgebracht werden. Sind im umgekehrten Fall wenige Fische im Verhältnis zu den Pflanzen vorhanden muss evtl. Kohlendioxid in das Wasser gebracht werden, weil die Pflanzen mehr Kohlendioxid verbrauchen als erzeugt wird.

In einem gut laufenden Aquarium mit wenig Fischen und vielen Pflanzen produzieren die Pflanzen am Tag soviel Sauerstoff, dass auch für die Nacht genug Sauerstoff zur Verfügung steht. Sauerstoffmangel erkennt man daran, dass Fische an der Wasseroberfläche nach Luft schnappen. Ist dies morgens der Fall, wird tagsüber nicht genug Sauerstoff für die Nacht erzeugt.

Aus Gründen der Sauerstoffversorgung spricht nichts gegen eine Bewegung der Wasseroberfläche. Die Bewegung der Oberfläche verhindert auch das Entstehen einer Kahmhaut, die den Übergang von Sauerstoff aus der Luft in das Wasser erschwert. Evtl. kann eine zu starke Bewegung aber Kohlendioxid aus dem Wasser austreiben, so dass für die Pflanzen nicht genug Kohlendioxid zur Verfügung steht. Steht den Pflanzen nicht genug davon zur Verfügung, produzieren sie bei der Photosynthese auch nicht genug Sauerstoff. Es gibt auch Fischarten, wie einige Fadenfische, die Strömung an der Wasseroberfläche nicht mögen. Sie stehen lieber in ruhigem, warmem Wasser zwischen dichten Polstern von Schwimmpflanzen.

Die Wasseroberfläche sollte so stark bewegt werden, dass kein Plätschern zu hören ist. Bei dieser Strömung wird aus der Luft Sauerstoff aufgenommen und nur wenig Kohlendioxid ausgetrieben. In einigen Aquarien stieg unter diesen Bedingungen der pH-Wert innerhalb von 2 Sunden um 0,3. Das bedeutete eine Verdopplung der CO2-Zufuhr.

Wie viel Sauerstoff Fische benötigen

In ihren Heimatgewässern sind viele Fischarten an einen niedrigen Sauerstoffgehalt im Wasser gewöhnt. Trotzdem sollten sie nicht bei entsprechend niedrigen Werten im Aquarium gehalten werden. Wichtiger als der Sauerstoffgehalt ist das Verhältnis zwischen Sauerstoff und Kohlendioxid. Dieses Verhältnis entscheidet, wie viel Sauerstoff die Fische überhaupt aufnehmen können. Fische können im Aquarium unter Atemnot leiden, selbst wenn genug Sauerstoff im Wasser vorhanden ist. Ein zu hoher Gehalt an Kohlendioxid verhindert die Sauerstoffaufnahme der Fische.

Was den Gehalt an Kohlendioxid im Wasser bestimmt

Der Gehalt an Kohlendioxid im Wasser wird bestimmt vom Partialdruck des Kohlendioxids in der Luft und in den CO2-Blasen der CO2-Zufuhr. Zwischen dem Kohlendioxid im Wasser und dem Kohlendioxid in der Luft bzw. den CO2-Blasen stellt sich ein ganz bestimmtes Gleichgewicht ein.

Das Massenwirkungsgesetz

Das Massenwirkungsgesetz besagt, dass das Produkt der Endstoffe, geteilt durch das Produkt der Konzentration der Ausgangsstoffe eine Konstante ist. Da heißt, dass bei einem bestimmten CO2-Gehalt und einer bestimmten Karbonathärte ein ganz bestimmter pH-Wert vorliegt. Die drei Stoffe sind immer in einem bestimmten Gleichgewicht.
Wird zusätzliches Kohlendioxid in das Wasser gegeben, reagiert dieses so lange mit dem Wasser, bis das Massenwirkungsgesetz erfüllt ist und der pH-Wert sich geändert hat. Der neue pH-Wert hängt nicht von der absoluten Höhe der Karbonathärte oder dem absoluten CO2-Gehalt ab, sondern vom Verhältnis zwischen Karbonathärte und Kohlendioxid. In sehr weichem Wasser kann der pH-Wert stark steigen, wenn die Pflanzen alles Kohlendioxid verbrauchen.

Aus dem gleichen Grund ist bei steigender Karbonathärte immer mehr Kohlendioxid notwendig, damit der pH-Wert gleich bleibt. Zu hohe CO2-Werte schaden den Fischen. Der CO2-Gehalt sollte zwischen 10 und 20 mg/Liter Wasser liegen. Der pH-Wert kann also nur gesenkt werden, indem die Karbonathärte gesenkt wird.

Unabhängig von der Karbonathärte verschiebt eine gleich große Menge an zusätzlichem Kohlendioxid den pH-Wert immer um den gleichen Wert nach unten. Bei niedriger Karbonathärte muss also kein Säuresturz durch CO2-Zufuhr befürchtet werden, solange die CO2-Zufuhr in den Grenzen bleibt, die für Fische zuträglich ist, d. h. unter 20 mg /Liter Wasser. Bei einer Karbonathärte von 1 stellt sich dann ein pH-Wert von ca. 6 ein.

Wichtiger als die absolute Höhe der einzelnen Werte is es, dass die Werte in einem stabilen Verhältnis untereinander stehen. So kann in einem Aquarium ein CO2-Gehalt von 10 mg/Liter ausreichen, in einem anderen Aquarium aber ein Gehalt von 20 mg/Liter erforderlich sein. Auch in der Natur ändern sich die absoluten Werte und sind nicht so unveränderlich wie in den meisten Aquarien. Der pH-Wert liegt oft bei 6 und die Karbonathärte ist oft nicht nachweisbar. Natürlich dürfen kritische Werte nicht unter- oder überschritten werden. Die Werte müssen innerhalb der Grenzen liegen, die für die jeweils gepflegten Tier- und Pflanzenarten verträglich sind.

Die absolute Höhe der Karbonathärte ist für die Pufferkapazität wichtig. Wenn die Karbonathärte vollständig aufgebraucht wird, z. B. durch Salzsäure, kann das Gleichgewicht der drei Stoffe nicht mehr hergestellt werden. Der pH-Wert sinkt plötzlich ab. An diesem Punkt findet bei Tests für die Karbonathärte der Farbumschlag statt.

CO2 und pH-Wert

Kohlenddioxid dient im Aquarium ausschließlich zur Nährstoffversorgung der Pflanzen. Eine mögliche Senkung der pH-Werts ist nur eine Nebenwirkung.

CO2-Controller bzw. pH-Controller können leicht den Eindruck erwecken, dass mit ihrer Hilfe der pH-Wert bedenkenlos eingestellt werden kann. Das führt leicht dazu, dass so viel Kohlendioxid in das Aquarium eingeleitet wird, dass die Fische schließlich ersticken.

Kohlendioxid, Karbonathärte und pH-wert stehen in einer Dreierbeziehung und hängen voneinander ab. Bei hohen Karbonathärten muss zur Einstellung saurer pH-Werte so viel Kohlendioxid im Aquarium sein, dass die Fische leiden. Mit zuträglichen CO2-Mengen bleibt der pH-Wert aber hoch, wenn die Karbonathärte hoch ist. Umgekehrt kann bei niedriger Karbonathärte schon bei zuträglicher CO2-Zufuhr ein zu geringer pH-Wert auftreten.

Der pH-Wert kann mit Osmoseanlagen, Ionenaustauschern, Torf usw. gesenkt werden. Diese senken die Karbonathärte und in der Folge sinkt bei konstantem CO2-Gehalt auch der pH-Wert. Dies entspricht auch den Gegebenheiten in der Natur. Saure Gewässer sind in der Regel gelichzeitig weich, während alkalische Gewässer normalerweise auch hartes Wasser haben.

Formeln zur Berechnung des CO2-Gehalts

  • CO2 = (KH / 2,8) x 10 ^ (7,9 – pH)
  • KH = 2,8 x CO2 / (10 ^ (7,9 – pH))
  • pH = 7,9 – log(2,8 x CO2 / KH)

Vereinfachte Formel

  • CO2 = 10 x KH x 10 hoch (6,5 – pH)
  • CO2 wird in mg/Liter berechnet.
  • KH wird in Härtegraden eingegeben.
  • Bei einem pH-Wert von 6,5 wird die Formel zu 10 x KH, weil der letzte Ausdruck 1 wird.
  • Für eine Erhöhung oder Verringerung des pH-Werts um je 0,3 Einheiten, gilt ungefähr der Faktor 2.
  • Wenn der pH-Wert 0,1 Einheiten steigt, erhöht sich der CO2-Gehalt um ca. 25 %.
  • Wenn der pH-Wert um 0,1 Einheiten sinkt, verringert sich der CO2-Gehalt um ca. 20 %.

Wie die CO2-Zufuhr eingestellt wird

Hierzu schaltet man zunächst die CO2-Zufuhr für 24 Stunden ganz ab. Am nächsten Tag wird vor Einschalten und vor Ausschalten des Lichts der pH-Wert gemessen. Der Wert am Abend liegt voraussichtlich mehr als 0,2 höher als am Morgen. Am nächsten Morgen wird wieder vor dem Einschalten des Lichts gemessen. Dieser Wert und der morgendliche Wert vom Vortag sollten übereinstimmen. ist auch an diesem Abend der Wert wieder mehr als 0,2 höher als am Morgen, wird am dritten Tag etwa 2 Stunden vor Ausschalten des Lichts die CO2-Zufuhr mit etwa 2 Blasen je Sekunde aufgenommen. Vor dem Ausschalten des Lichts, also 2 Stunden später, sollte der pH-Wert niedriger sein als an den vorherigen Abenden. In den nächsten Tagen wird die pH-Zufuhr auf diese Art erhöht, bis der abendliche Messwert mehr als 0,15 höher ist als der Wert am Morgen. In der Folgezeit wird der Anstieg im Laufe eines Tages regelmäßig beobachtet und die CO2-Zufuhr entsprechend nachgeregelt.

Was bei zu hoher CO2-Konzentration passiert

Auswirkungen auf Fische

  • Fische schnappen an der Wasseroberfläche nach Luft.
  • Welse liegen mit kaum wahrnehmbarer Atmung unbeweglich auf dem Boden.
  • Fische sterben.
Auswirkungen auf Pflanzen
  • Pflanzen wachsen besser, bis ein anderer Nährstoff fehlt.
Auswirkungen auf Wasserwerte
  • Der pH-Wert sinkt stark ab.
  • Vorhandener Kalk löst sich besser.

Es gibt stark unterschiedliche Angaben, ab welcher CO2-Konzentation Fische Schaden nehmen oder sogar sterben. Bei ca. 60 mg/Liter fressen die Fische scheinbar nicht mehr gut. Von 100 über 300 bis 800 mg/Liter finden sich alle möglichen Werte für tödliche Mengen. Die tödliche Dosis CO2 ist abhängig vom Sauerstoffbedarf der jeweiligen Fische, von der Fischgröße und vom Sauerstoffgehalt im Wasser. Deshalb kann ein fester Grenzwert nicht angegeben werden. Schon kleine Unterschiede im Sauerstoffgehalt von z. B. 2 bis 3 mg/Liter können erheblich andere tödliche Mengen für CO2 ergeben.

Ein CO2-Gehalt zwischen 10 und 20 mg/Liter ist für die Pflanzen ausreichend und schadet den Fischen nicht. Höhere Werte sind nicht zu empfehlen, zumal sie den Pflanzen gar nicht mehr zu Gute kommen.

In vielen Aquarien erreicht durch die Düngung mit CO2 der CO2-Gehalt viel höhere Werte als die Werte in den Ursprungsgewässern sind, an die die Fische angepasst sind. Häufig vertragen die Fische diese Werte nur deshalb, weil der Sauerstoffgehalt ebenfalls höher ist als in den Ursprungsgewässern. Sinkt der Sauerstoffgehalt auf die Werte ab, an die die Fische eigentlich angepasst sind, ersticken die Fische, weil sie aufgrund des hohen CO2-Gehalts nicht mehr atmen können; z. B. bei Ausfall eines Sauerstoffauströmers oder bei starkem Auslichten der Pflanzen können solche Situationen entstehen.

Bei Änderungen am Aquarium muss der CO2-Gehalt deshalb überwacht und im Zweifel die CO2-Zufuhr zur Sicherheit verringert oder abgestellt werden.

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CO2 im Aquarium
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