Bitkili Akvaryumlarda Karbondioksit

BİTKİLİ AKVARYUMLARDA KARBONDİOKSİT

    Karbondioksit (CO2) şüphesiz ki en önemli bitki besin maddesidir. Yeterli CO2 takviyesi olmadan bitkiler fotosentez yapamaz ve karbonu enerji yönünden zengin şekerlere, nişastaya ve diğer materyallere çeviremezler. Gazı besin maddesi olarak nitelendirmek tuhaf görünebilir çünkü karasal bitkileri yetiştirirken onlara sadece ışık, su ve gübre veririz. Karbondioksiti hiç dert etmeyiz. Bitkili akvaryumlara CO2 eklemenin neden gerekli olduğunu, bu gazın bitkiler tarafından nasıl işlendiğini, ne kadara ihtiyaçları olduğunu ve bu gazı bitkilere nasıl sağlayabileceğinizi öğrenmek için makaleyi okumaya devam edin.

Akvaryum bitkileri su, ışık, karbondioksit ve çoğu durumda substrat (alt katman, yani tabanda kullanılan madde) isterler. Fotosentez bu bileşenlerden herhangi biri yoksa gerçekleşmeyecektir. Karbondioksit (CO2), gazın suyla (H2O) birlikte (ışığın da enerji kaynağı olarak kullanıldığı) şeker ve oksijene dönüştürüldüğü fotosentez için önkoşuldur.

Karbondioksit takviyesi yapmadan güzel bitkili akvaryumları olan insanlar biliyoruz. Fakat bu sadece suda zaten CO2 varsa mümkündür. CO2 fotosentezin tersi olan solunumun ürünüdür. Solunumda enerji açığa çıkar, şekerler CO2 ve su olarak parçalara ayrılır.

Aslında akvaryum bitkileri solunum yapar, hem de günde 24 saat. Ama ışık mevcut olduğunda fotosentez aracılığıyla solunumda yaktıklarından çok daha fazla organik karbon bileşikleri üretirler. Gece karanlığında fotosentez gerçekleşmez ve bitkilerin, omurgasızların, balıkların ve mikro organizmaların solunumuyla karbondioksit salınır. Tabii saydığım son üçlü gündüz de karbondioksit üretir.

---

Karbondioksit Tutulumu

Karbondioksit suda kolaylıkla çözünür. Bir litre su ekilibriyum (denge durumu) sağlandığında neredeyse bir litre hava kadar karbondioksit alabilir. Karbondioksit suda çözündüğünde; CO2, karbonik asit (H2CO3), bikarbonat (HCO3-) ve karbonat (CO3-2) arasında bir denge durumu oluşturur. Bu denge pH’a son derece bağlıdır. Düşük pH’da karbonik asit ağır basar ve hemen hemen hiç karbonat veya bikarbonat oluşmazken, nötr pH’da bikarbonat üstün gelir. Karbonat sadece yüksek pH’da ağır basar. Fakat sucul bitkilerin büyük çoğunluğu sadece “serbest karbonik asitler” denilen çözünmüş CO2 ve karbonik asitleri işleyebilir. Yani pH’ı ayarlamalıyız ki yeterli konsantrasyonda serbest karbonik asit akvaryumda mevcut olsun.

Tüm akvaryum bitkileri karbondioksiti direk olarak sudan alabilir. Karasal bitkiler CO2’i stomata adı verilen yapraklarındaki solunum gözenekleriyle alabilir. Çünkü yaprakların geri kalan yüzeyinin çoğu kütikül denilen ve neredeyse nüfuz edilemez bir yapıyla kaplıdır. Stomata gerektiği gibi kapanıp açılabildiği için önemli bir rol oynar. Stomatalar bunu yaparken aynı zamanda su da çıkardığı için karbondioksit ve dehidrasyon arasındaki dengeyi sağlamak zorundadır.

Diğer taraftan, gerçek sucul bitkilerde stomata yapısı yoktur ve karada yaşayan akrabalarına göre daha az kütikülleri vardır. CO2’i kendilerini saran sudan pasif difüzyonla alırlar ve bu CO2’in direk fotosentetik açıdan aktif olan hücrelere iletilmesini sağlar. Sucul bitkilerde, yapraklardaki epidermal (üstderisel) hücreler bile kloroplast bulundurur, yani karbondioksit çok kısa bir yol boyunca taşınır.

Suda karbondioksit tutulumu moleküler difüzyonun yavaşlığıyla sınırlıdır. Gazların difüzyonu suda havaya kıyasla 10.000 kat daha yavaş gerçekleşir. Biz akvaristler bu dengeyi akvaryuma karbondioksit ekleyerek belli bir dereceye kadar telafi edebiliriz. Bu hava-su arasındaki oranı çoğu durumda artırırız fakat en fazla 50 katına indirebiliriz. Yani sucul bitkilerin karasal bitkilere göre hala bir dezavantajı bulunur.

Fotoğraf 1: Bu kesintisiz karbondioksit testi küçük bir su rezervuarı ve pH göstergesi kullanıyor. Akvaryum suyundaki çözünmüş karbondioksit rezervuardaki sıvıyla etkileşime giriyor ve bu sıvının pH değerini değiştiriyor. Sudaki fazla karbondioksit sıvıyı sarıya döndürürken az karbondioksitse maviye döndürüyor. Ve yeşil renk de akvaryumdaki doğru karbondioksit konsantrasyonunu belirtiyor.

Grafik 1: Bu model akvaryum suyundaki karbondioksit ve net fotosentez arasındaki ilişkiyi gösteriyor. Çok düşük CO2 konsantrasyonlarında net fotosentez negatif (sıfırın altında) ve bitkiler yavaş yavaş ölüyor. Solunum ve fotosentezin etkileri denge noktasında (compensation point) birbirlerini karşılıyor ve sadece bu noktanın üzerinde yeni bitki materyalleri oluşuyor. Eğri artan doyumla birlikte düzleşiyor çünkü artık diğer faktörler bitki gelişimini sınırlıyor.

Grafik 2: Düşük ph’da inorganik karbonların çoğu CO2 olarak bulunuyor. Bikarbonatlar nötr ph’da ağır basarken, yüksek pH’da karbonatlar ağır basıyor. Bu grafikleri aklınıza kazımanıza gerek yok. Birçok başarılı bitki üreticisi süreçteki bu kompleks kimyayı tam olarak anlamadan CO2 dozajını yapabiliyor.

Diğer Besin Maddeleri ve Işıkla Olan Etkileşimler

İyi bir CO2 takviyesiyle, bitkiler diğer önemli besin maddelerinden daha ufak miktarlarla ve yetersiz ışık koşullarında bile büyüyebilirler. Bu durum The Aquatic Gardener (2001)’da tartışılmıştı. Bu çalışmada örnek olarak su altında yetiştirilmiş Riccia fluitans kullanılmıştı. Yapılan araştırmada CO2 oranı artırıldı. Ve bu artırılmış CO2’le sucul bitkiler normalde ancak daha güçlü ışık ve daha çok nitrojenle başarabileceği bir büyüme oranı yakaladı. Sonuç olarak bitki gelişimini artırmak için karbondioksit takviyesini artırmanın ışığı artırmaktan genelde daha kolay olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle daha yüksek CO2 konsantrasyonunu öneriyoruz. Özellikle de akvaryum çok iyi aydınlatılmamışsa.

Ek olarak, akvaryumdaki besin maddesi konsantrasyonu, CO2 takviyesinin yararlarını kaybetmeden de düşürülebilir. Yüksek karbondioksit konsantrasyonu bitkilerin en genel enzimi olan RuBisCO (ribuloz-1, 5-bifosfat karboksilaz/oksijenaz) üretiminde daha az nitrojen kullanmasına izin verir.

Bu enzim CO2’in ribuloz 1,5 bifosfata eklendiği Calvin (karanlık reaksiyonlar olarak da bilinir) döngüsünün ilk adımını katalize eder. Tüm enzimler proteindir ve nitrojen içerirler yani RuBisCO ihtiyacı düşürülürse yeni biyokütle formasyonuna yol açan diğer işlemler için daha fazla nitrojen mevcut kalır.

Akvaryumdaki CO2

Eğer bir diyafram veya başka bir hava pompası (motoru) varsa kapatın! Eğer iki hava pompanız varsa ikisini de kapatın! Ne kadar söylesek az ki bu tip bir cihaz asla bitkili bir akvaryumun parçası olmamalıdır. Bu cihazın fonksiyonu bitkilerden gelen oksijen takviyesinin yeterli olmadığı akvaryumlarda balıklara ve omurgasızlara oksijen takviyesi yapmaktır. Tüm bitkili akvaryumlarda gece fotosentez olmadığı zamanlarda bile balıklara ve omurgasızlara yeterli miktarda oksijen bulunmalıdır.

Fotoğraf 2: Doğru karbondioksit konsantrasyonları sağlandığında Hemianthus callitrichoides “Cuba” gaz baloncukları oluşturur. Ama bu baloncuklar saf oksijen içermezler çünkü suda çözünmüş gazlarla karışırlar. Buna rağmen fotosentez bitkilerin, balıkların ve omurgasızların gece solunumu için yeterli oksijeni üretir.

Fotoğraf 3: Yoğun fotosentez sırasında pH yaprakların üst yüzeyinde artar ve bazı durumlarda kalsiyum karbonat çöküntüsüne sebep olur. Burada Cryptocoryne crispatula’nın (fotosentezde sadece CO2 kullanabilen bir tür) yapraklarının üzerinde kalın bir kalsiyum karbonat kabuğu oluşmuş.

Bitkiler, balıklar ve omurgasızlar geceleri solunum yaptıklarında karbondioksit üretilir ve suda çözünür. Bir sonraki gün ışıkların açılmasıyla birlikte bu CO2 bitkiler tarafından anında fotosentezle işlenebilir. Bir hava motoru çalıştırmak bir soda veya bira şişesini sallamak gibidir: CO2 sudan dışarı çıkar. Yani hava motorunuzu hak ettiği tatile gönderin!

Karbondioksit konsantrasyonunu gözlemlemek için bir kesintisiz CO2 testi kullanmanızı öneriyoruz. Bu becerikli küçük aparat akvaryuma dışarıdan görünebilecek şekilde kurulur. Bu aparat, CO2 seviyesi önerilen aralıklardaysa yeşile dönen bir kimyasal endikatör (gösterge) kullanır (bromotimol mavisi). Aparat aslında CO2 konsantrasyonunu değil pH’ı ölçer yani sadece kabataslak bir gösterge verir. Aşağıdaki karbonat sertliği/pH tablosu belirli pH’da ve dKH’da karbondioksit konsantrasyonunun ne kadar değiştiğini gösteriyor. Kesintisiz CO2 test aparatının içinde daima karbonat sertliği 4 ve 8 dKH arasında olan su kullanın aksi takdirde sonuçlar güvenilmez olur. Çoğu satıcı bu aparatı doğru sertlikteki suyla doldurarak satar. Eğer sizinki dolu gelmediyse saf su ve içme suyunu doğru karbonat sertliğini yakalayana kadar karıştırmalısınız.

Tablo 1: Bu tablo karbonat sertliği ve pH’ın karşılıklı etkisini gösteriyor. Bitkili akvaryumlarda 15-30 mg/L karbondioksit konsantrasyonu öneriyoruz (koyu yeşil renkli kısım). Eğer daha az ilgi isteyen bitkiler büyütüyorsanız 8-15 mg/L arasını yakalamaya çalışın.

Maya Reaktörleri

Bir maya reaktörü akvaryum için CO2 çıkarma yöntemlerinin en ucuzudur. Maya hücrelerinin oksijen yokluğunda şeker veya nişastayı CO2 ve alkole çevirebilmesi yeteneğine dayanır. Oluşan gaz daha sonra bir hava taşı veya CO2 difüzörü yardımıyla akvaryuma aktarılır. Bu işlem sırasında -metanol de dahil- çeşitli alkoller üretilebilir, yani bu sıvıyı kesinlikle içmeyin! İnternette çok çeşitli maya reaktörleri bulabilirsiniz ve uygun aletler de piyasada mevcut.

Bir maya reaktörü kesinlikle hiç yoktan iyidir ama en büyük dezavantajı karbondioksit çıkışının çok sıkı kontrol edilememesidir. Bazen maya hücreleri çok fazla şekeri işler ve çok fazla karbondioksit üretir. Diğer zamanlarda ise daha az aktivite vardır ve yetersiz karbondioksit üretilir. Bazı insanlar istikrarsız pH’a yol açan bu dalgalanmaların balıklar, omurgasızlar ve hatta bitkiler üzerinde zararlı etkileri olduğuna inanırlar. Bu bazı durumlarda doğru olabilir, fakat vahşi doğada hem göllerde hem de akarsularda günlük olarak çok yüksek CO2 ve pH dalgalanmaları olmaktadır. Örneğin, Kuzey Avrupa’nın ova akarsuları sabah 20 mg/L CO2 taşırken, akşama doğru sadece 5 mg/L taşır (Sand-Jensen & Frost-Christensen, 1998). Bu bölgelerde doğal sucul bitki örtüsü yoğunluğu o kadar fazladır ki, sürekli olarak CO2 zengini yeraltı sularıyla değişim olsa bile, bitkiler çok yüksek miktarlarda karbondioksiti gün akışında kullanabilirler. Bitkilerin, balıkların ve omurgasızların çoğu bu dramatik karbondioksit dalgalanmalarından etkilenmezler. Fakat, akvaryumda tutulan bazı balıklar ve omurgasızlar daha duyarlı olabilirler, yani bir maya reaktörü kurmadan önce bu canlıların pH dalgalanmalarına duyarlılıklarını literatürden kontrol edilmelidir.

Sıkıştırılmış CO2

Basınçlı şişelerdeki sıkıştırılmış CO2 maya reaktörlerine en iyi alternatiftir. Gaz basınçlı şişelerde sıvı haldedir ve basınç yaklaşık olarak 58 bar’dır. Karbondioksit ayrıca soda, maden suyu, bira ve kaynak işleminde de kullanıldığı için, akvaryuma göre dizayn edilmemiş kaplarda da satın alınabilir. Prensipte tüm bu mevcut ticari tiplerdeki CO2 kullanılabilir. Ama pratikte basınç regülatörüne (basınç düzenleyici) bağlıdır.

En basit şekilde; sistemde bir basınçlı kap, manometreli bir basınç düşürücü ve CO2 takviyesini ayarlamak için bir regülatör havataşına veya CO2 difüzörüne bağlanır. CO2 takviyesinin geceleri kapatılması konusunda devamlı bir tartışma var. Daha önce de bahsedildiği gibi çoğu bitki, omurgasız ve balık günlük CO2 dalgalanmalarına adapte olmuştur yani gece CO2 takviyesini kapatmanın tek amacı CO2 tüketimini düşürmek olur.

Bir miktar daha pahalı bir sistem manyetik valf ve geceleri CO2 takviyesini kapatan zaman ayarlı anahtar içerebilir. En kaliteli sistemler CO2 seviyesini belirli pH seviyesine göre bağımsız olarak ayarlayabilen, elektrotlu bir pH metre barındırır (pH’a göre CO2 seviyesini bulmak için 1 no’lu tabloya danışabilirsiniz). Fotosentezin etkisi solunumunkini geçtiğinde CO2 tüketilir ve pH artar. Önceden belirlenmiş olan değerin üstüne çıktığında, valf açılır ve suya karbondioksit salınır.  PH tekrar belirlenen seviyeye indiğinde pH metre manyetik valfi tekrar kapatır. Bu tip bir sistem pH’ı sabit tutar ve karbondioksiti muhafaza eder. Fakat pH elektrodu düzenli olarak kalibre edilmelidir aksi halde zamanla pH belirlenen değerden ciddi miktarda sapabilir.

Ek Yöntemler

Diğer bir seçenek ise suda çözündüğünde CO2 salan kalsiyum karbonat tabletleri kullanmaktır. Bununla ilgili kişisel bir deneyimimiz yok. Fakat internette bu tabletleri bitkili akvaryumlarında kullananlardan gelen çeşitli raporlar var. Raporlanan etkileri pozitifle vasat arasında değişiyor.

Piyasaya birkaç yıl önce giren Carbo-Plus sistemler de var. Bu sistemler katı karbondan elektroliz yardımıyla CO2 üretiyorlar ve karbonat sertliği 8-12 dKH arasında olan akvaryumlarda gayet tatmin edici sonuçlar veriyor. Ama bu sistemi kullananlar değiştirmeleri gereken karbon bloklarının çok pahalıya mal olduğunu iletiyorlar.

Soda veya maden suları da bitkili nano akvaryumlarda karbondioksit oranını artırmak için kullanılabilir. Fakat doğru dozajı ayarlamak kolay değil ve istenilen pH seviyesini tutturabilmek için biraz tecrübeye ihtiyaç var. Soda takviyesiyle birlikte balıkların yüzeyde sallandığı ve solunum yetmezliği çektiği akvaryumları sık gördük. Dahası, bazı bitkiler -örneğin Cryptocoryne türleri- şiddetli pH değişimlerine çok duyarlıdır, yani soda dikkatlice kullanılmalıdır. Ama artık malzeme tedarikçilerinin çoğu nano akvaryumlar için CO2 reaktörleri sunmaktadır ve nano bitkili akvaryumlar bunların sayesinde güvenle CO2 takviyesinden yararlanabilir.

Son zamanlarda çeşitli organik karbon gübreleri piyasaya çıktı, örneğin EasyCarbo ve FlourishExcel gibi. Bu ürünleri Hygrophila corymbosa (sadece CO2’i değerlendirebilen popüler bir akvaryum bitkisi) ve Egeria densa (bikarbonatları da kullanabilen yaygın bir bitki) üzerinde test ettik. Ve oksijen üretimini baz alarak fotosentez hızlarını karşılaştırdığımızda pozitif veya negatif bir etki göremedik. Yine de birçok akvarist bu organik karbon gübrelerini kullandıklarında bitki gelişiminin arttığını gözlemlediklerini söylüyorlar.

Son zamanlarda EasyCarbo ve FlourishExcel’in algler üzerindeki etkisini incelemek amacıyla bir dizi deney daha yürüttük. İki ürün de alg oluşumunu çok güçlü bir şekilde kısıtladı. Bu iki deney üzerindeki yorumumuz şu ki; organik karbon gübreleri bitkilerin üzerindeki biyofilmi öldürdü. Bu görünmez mikro alg katmanı gittiğinde, bitkiler ışık, karbondioksit ve diğer besin maddeleri için alglerle mücadele etmek zorunda kalmıyor ve daha iyi büyüyebiliyorlar. Fakat bu ürünlerin artı ve eksilerini tam olarak teşhis etmek için daha ileri çalışmalara ihtiyaç var.

Hangi Bitkiler Karbondioksit Takviyesine İhtiyaç Duyar?

Karbonat ve bikarbonatları değerlendiremeyen bitkiler karbondioksit takviyesine ihtiyaç duyar. Ama bunların hepsi de akvaryumda serpilip gelişmek için ekstar karbondioksite bağımlı değildir. Yavaş büyüyen türlerin çoğu belli kriterler olmadan da diğerlerine göre daha iyi durumda olabilir. Bu duruma iyi örnekler şunları içerir: Vesicularia ve Taxiphyllum gibi mosslar, Microsorum ve Bolbitis gibi fernler, birçok Cryptocoryne türü ve popüler Anubias türleri.

Spektrumun diğer ucundaysa geliştirmesi zor ve ilgi gerektiren, CO2 takviyesi olmadan büyüyemeyecek türleri buluruz. Bunlara iyi örnekler: Glossostigma, Pogostemon, Utricularia, Riccia, Rotala ve diğer birçok güzel ve renkli bitkiler.

Şanslıyız ki bitki fidanlıkları genellikle web sitelerinde veya bitki potlarının üzerindeki stickerlarda CO2 gereksinimleri gibi bilgileri sağlarlar. Yani bir bitkiyi satın almadan önce CO2 gereksinimlerini kontrol etmelisiniz. Akvaryumunuzda iyi olup olmayacağına karar verebilirsiniz. Eğer bu kararı doğru vermezseniz, bitkiniz akvaryum yavaşça ama kesinlikle ölecektir ve başlangıçtaki heyecanınız hayal kırıklığına dönecektir.

Bikarbonatların İşlenmesi

    Vallisneria ve Egeria genellikle CO2 takviyesi olmadan serpilip gelişebilir ama suyun çok yumuşak olmaması gerekir. Bunun nedeniyse bikarbonatları (HC3-) karbonlara alternatif bir kaynak olarak kullanabilirler. Bazı bitkiler bu kabiliyeti CO2 az miktarda olduğunda kullanırlar. Bikarbonatlar uygun karbonat sertliğinde ve 7-10 arası pH’da suda bol miktarda bulunurlar. Bununla birlikte serbest CO2 karbonat sertliğine bağlı olmaksızın 8’in üzeri pH’da nadir bulunur. Sonuç olarak bikarbonatları karbon kaynağı olarak kullanabilen bu bitkiler sadece CO2’i kullanabilenlere göre avantaj sahibidir.

Sucul bitkilerin bikarbonat tutulumu kendi başına bir bilimdir ama bir model bu tip bitkilerin nasıl işlediğini anlatmak için kullanılabilir. Bu model ilk olarak Prins & Elzenga (1989) tarafından kurulmuştur ve bitkilerin yapraklarının üst ve alt yüzeylerinin farklı görevleri yerine getirdiğini açıklar. Bu bitkilerde hidrojen iyonları (H+) yaprakların alt yüzeylerinden dışarı atılır yakınındaki suda pH 4’e kadar inebilir. Burada bikarbonatlar CO2’e çevrilir ve dokudan içeri difüze olup fotosentez için hizmet eder. Artık negatif yüklü hidroksit (OH-) iyonları yaprakların üst tarafından salınır ve pH 10’a kadar çıkabilir. Bu yüksek pH değerleri kalsiyum karbonatın yaprakların üstüne çökmesine yol açar. Bu bikarbonat işleyicilerin örnekleri: Elodea canadensis, Egeria densa ve çoğu Potamogeton türleridir. Vallisneria gibi diğer bikarbonat işleyiciler bu tip yapraklara sahip değildir. Bu gibi durumlarda bikarbonatlar yapraklardaki iyon pompalarıyla alınır ve CO2’e dönüştürülür.

Hangi yöntemin kullanıldığına bakılmaksızın, bikarbonat dönüşümü çok enerji harcayan bir işlemdir. Yani bu yetenekli bikarbonat işleyicileri gerekli enzimleri sadece gerçekten ihtiyaçları olduğunda üretirler. Bu nedenle bikarbonatları işlemeye başlamadan önce belli bir transformasyon zamanına ihtiyaç duyarlar. Bu bitkiler de CO2 takviyesinden yararlanırlar çünkü bu takviye onları masraflı bikarbonat işleminden kurtarır.

CO2 İşlenmesi İçin Alternatif Yöntemleri

Sudaki karbondioksit difüzyonunun yavaşlığını telafi etmek için bitkilerin birkaç hilesi daha vardır (Madsen & Sand-Jensen, 1991; Bowes, 1987). Bunlardan biri, kurak çevrede yaşayan karasal bitkilerden bilinen C4 fotosentezidir. Bu gibi durumlarda oksijen üretim süreci CO2 tutulumundan ayrıdır. Böylece oksijen RuBisCO enzimleriyle uzak tutulurken bitkiler daha düşük CO2 konsantrasyonlarını kullanabilir. Fakat bu tip bir fotosentezi sucul bitkiler arasında şu ana kadar sadece Hydrilla verticillata’nın yaptığı biliniyor.

Diğer bir stratejiyse … Burada birçok stratejiden bahsediliyor ama çevirmiyorum pek gerekli değil.

Özet

Karbondioksit şüphesiz ki en önemli bitki besinidir ve bitkili akvaryumlarda uygun miktarda bulunmalıdır. Çoğu durumda akvaryumda solunum yoluyla üretilen CO2, fotosentez için sadece CO2’i kullanabilen bitkilerin yeterli fotosentezi yapabilmesi için eksik kalır. CO2 takviyesi bu gibi ekstra ilgi gerektiren bitkiler için gereklidir.

Daha küçük miktarların da bitkilerde pozitif etkileri olsa da, bitkili akvaryumlar için 15-30 mg/L CO2 konsantrasyonu öneriyoruz. 30mg/L’den daha yüksek konsantrasyonlar balık ve omurgasızlarda vurgun yemeye sebep olabilir, yani CO2 konsantrasyonu sürekli olarak ölçülmeli ve izlenmelidir. Kısacası karbondioksit takviyesini deneyin ve akvaryumunuzun nasıl serpildiğini görün.

İyi hobiler…

Çeviren: Caner Feyzullahoğlu