De bodem in het aquarium

De bodem, of je nou een zeewater of een zoetwater aquarium hebt, de discussies over de bodem van een aquarium zijn eindeloos. Daarover is geen twijfel mogelijk. Discussies als:

• Grof grind, fijn zand?
• Alles dezelfde korrel grootte, of verschillende groottes
• Wel of geen voedingsbodem?
• Wel of geen bodemverwarming?
• Wel of geen bodemfiltering?
• Donker of licht zand?
• Wel of geen bodem? (Vooral bij zeewater en kweekbakken)
• Dunne of dikke bodem?
• Wel of geen organisch materiaal in de bodem? (turf, klei)
• Enzovoorts….

De meeste van die zaken zul je straks in deze artikelenreeks over de bodem kunnen beantwoorden. Onze bodem kunnen we verder ook nog beoordelen op onderstaande vier punten, die elkaar onderling ook nog weer kunnen beïnvloeden.

• Mechanische eigenschappen
• Chemische eigenschappen
• Biologische eigenschappen
• Esthetische eigenschappen
• De bodem, mechanische eigenschappen.

We horen vaak praten over zand, grind, klei en dergelijke. Maar wat is nou eigenlijk wat? Nou onze oosterburen hebben dat mooi voor ons genormaliseerd, en wel in de DIN 4022. Daarin staat de onderstaande definitie:

Vormen zand of kiezel

Zo nu weten we in ieder geval wanneer we over kiezel en wanneer we over zand praten. Kleiner dan 2 mm is zand. Groter dan 2 mm dan hebben we het over kiezel. Waar we het verder nog over kunnen hebben is de vorm van het zand of de kiezel.

Zand dat pas is ontstaan door verwering van gesteenten kent vaak nog scherpe kanten. Geleidelijk aan zal het zand door verdere verwering (schuren, stromen van water) verder verweren en meer afgeronde worden tot “ronde” zandkorrels. Brekerszand is bijvoorbeeld zand met nog aardig scherpe hoeken. Rivierzand (vooral maaszand) kenmerkt zich door mooie ronde korrels. Wat zal nu voor onze vissen het meest geschikt zijn?

Bij het creëren van hoogteverschillen in de bodem is de vorm van het zand ook van belang. Scherp zand klit beter aan elkaar en heeft minder de neiging over elkaar te rollen. Met scherp zand kunnen we dan ook beter terrassen/hoogteverschillen maken dan met rond zand.

Structuur zand of kiezel

Een ander punt is de structuur van het zand of de kiezel.
Als we een bodem hebben waarbij de korrels allemaal ongeveer dezelfde grootte hebben dan spreken we van een uniforme korrel of uniforme grootte. Als we een bodem hebben van grote, kleine korrels en alles er tussenin dan spreken we van een gemengde bodem. Het schema hieronder maakt duidelijker wat we met een uniforme en gemengde bodem bedoelen.

Nou, we zien het duidelijk, in een uniforme bodem zitten er veel meer tussenruimten tussen de zandkorrels dan bij een gemengde bodem. Bij een bodem met een uniforme korrel kan er wel zo’n 37% vrije ruimte tussen de korrels zitten. Bij uniforme scherpe korrels is dit al een stuk minder, en bij een gemengde bodem zal dit minder dan 10% zijn.

Een uniforme bodem van afgeronde korrels bevat dus de meeste tussenruimte en zal het minst snel verdichten en dichtslibben. Ook processen als diffusie spelen zich in deze bodem, met relatief veel tussenruimte voor water, veel beter af als in een dichte bodem.

De bodem, chemische eigenschappen

Naast mechanische eigenschappen als structuur, vorm en korrelgrootte kent een bodem ook bepaalde chemische eigenschappen. Het ene zand of kiezel is het andere niet. Zand kun je zien als kleine vermalen deeltjes van gesteenten en ook die gesteenten hebben verschillende chemische eigenschappen.

Als zand/kiezel komen we zo allerlei verbindingen tegen van Silicium, Aluminium, IJzer, zuurstof, enzovoorts. Het overzichtje hiernaast geeft weer welke elementen we het vaakst in ons zand tegenkomen. Zuurstof het meeste (Had je dat verwacht? Steen bestaat voor het grootste deel uit zuurstof!) en ook Silicium en Aluminium komen vaak voor.

Hoe alle verschillende steensoorten zijn ontstaan en hun chemische opbouw zullen we hier verder niet zo diep op ingaan. Dan zouden er al snel een paar pagina’s bijkomen en het voegt verder ook niet veel toe. Interessanter is hoe verschillende zand- en kleisoorten ons water kunnen beïnvloeden. Dat beïnvloeden van het water kan gebeuren door:

• Afgifte van stoffen aan het water
• Binden van stoffen uit het water

Het afgeven van stoffen aan het water

Het bekendste voorbeeld van het afgeven van stoffen aan het water is wel kalk.
Kalkhoudend zand is een helaas veel voorkomend fenomeen in de aquaristiek. Eigenlijk zouden we telkens als we nieuw bodemmateriaal of stenen in ons aquarium gooien moeten testen of het materiaal geen kalk bevat. Dat testen kan heel simpel. Een beetje azijn of zoutzuur (wel oppassen!) over het te testen materiaal en als het gaat bruisen is het bingo! De foto hiernaast is daarvan een voorbeeld (Intratuin Caviar zand No. 007152 Gebr. De Boon).

Als het kalkhoudende materiaal al in de bak zit dan is het te herkennen doordat de KH, de GH en ook de pH voortdurend willen stijgen. Als we dan ook nog CO2 toevoegen dan wil het calciumcarbonaat nog beter oplossen en zal de KH nog sneller stijgen. Kalkhoudend materiaal is vaak te herkennen aan de spierwitte kleur. Marmer en schelpjes zijn kalkhoudend, Dolomiet gesteente bevat ook veel calcium. Hebben we een Tanganyika of een Malawi bak dan is kalkhoudend materiaal niet zo’n probleem. Maar zeker in een zachtwater biotoop heeft kalkhoudend materiaal niets te zoeken en zal telkens de waterwaarden in het honderd gooien. Zit het dan toch in de bak, dan helpt maar één ding, en da’s eruit met het spul. Ja, ook al moeten we de hele bak ervoor op de kop zetten. Aanmodderen met zuurmakende middeltjes (zoutzuur, eikenextract) om toch de pH omlaag te krijgen helpt echt niet.

Het binden van stoffen uit het water

Sommige bodemmaterialen geven geen stoffen aan het water af, maar binden juist bepaalde elementen. Afhankelijk van de bak en de stof die gebonden wordt kan dat een gewenste of juist ongewenste eigenschap wezen. Vooral veel klei soorten zijn in staat om bepaalde elementen te binden. Klei en leem zijn van nature aan hun oppervlak negatief geladen. Daardoor kunnen ze goed elementen uit het water binden die positief geladen zijn. Positieve en negatieve elementen trekken elkaar daarbij aan, net als een magneet. Die positief geladen elementen noemen we ook wel kationen.

De mate waarin een klei of een ander materiaal die positief geladen elementen kan binden wordt uitgedrukt met de term CEC-capaciteit. CEC betekent dan Cation Exchange Capacity en wordt uitgedrukt in cmol/kg. Hoe hoger het getal des te beter kan de stof kationen aan zich binden. Hieronder vind je een lijstje van een aantal stoffen die in staat zijn om kationen aan zich te binden.

Nou we zien dat we van lateriet en kwartszand weinig last zullen hebben. Mineralen die veel in klei zitten als Montmorillonite en Vermiculite zullen erg goed kationen binden. En ze hebben nog een erg groot specifiek oppervlak ook! Dat betekent dat er verhoudingsgewijs ook nog eens zeer veel ionen aan het oppervlak een plaatsje kunnen vinden. Ook turf, detritus en mulm zijn organische stoffen die ook zeer goed in staat zijn om kationen te binden. Op de turf pagina kun je er meer over lezen hoe turf zo calcium ionen e.d. kan binden en zo het water zachter maakt. Stoffen met een CEC-eigenschap kunnen dat voor elkaar krijgen.

Het ene kation zal zich sneller hechten aan het negatieve oppervlak dan de andere. Algemeen kunnen we zeggen hoe positiever de lading des te beter wordt het element aan het oppervlak gebonden. Ca2+ zal dus beter binden dan K+ of Na+.

Maar het is in de praktijk nog niet zo rechttoe rechtaan als het lijkt.
De hoeveelheid kationen (dus de CEC-waarde) van een bepaalde stof is namelijk niet altijd constant. Die kan namelijk met de pH veranderen. Bij hogere pH neemt meestal de CEC toe. Bij lagere pH’s neemt de CEC af. Ja, kan zelfs negatief worden! (Dan worden dus niet de kationen maar juist de anionen, de negatieve ionen goed gebonden).

Dus bij lagere pH’s kunnen er minder kationen gebonden worden als bij hoge pH’s. Voor de negatieve ionen (De anionen) als Cl-, PO42- e.d. is het net omgekeerd. Hoe hoger de pH des te minder goed deze aan de klei e.d. binden. De overgang is hierbij niet direkt, zo van…Nu hou ik positieve ionen vast, en dan ineens alleen negatieve, nee de overgang is geleidelijk. De grafiek hiernaast geeft een voorbeeld. Hoe die lijn loopt verschilt per materiaal. Het ene materiaal is gevoeliger voor pH schommelingen dan de andere.

Zit een materiaal bijvoorbeeld bij een pH van 8,0 helemaal vol met Calcium en Magnesium ionen en verlagen we de pH naar 6,5 dan is er minder plaats voor het Calcium en Magnesium (blauwe lijn) en zal een deel ervan weer terug worden gegeven aan de waterkolom. Sterk wisselende pH’s kunnen zo dus invloed uitoefenen op de waterwaarden (In dit geval op de GH). Vooral bij organische materialen als detritus, mulm en turf is de invloed van de pH erg groot.

Voor bijvoorbeeld fosfaat zal deze bij lagere pH’s beter gebonden blijven om bij hogere pH’s vrij te komen.

Het punt waarbij anionen en kationen even goed worden gebonden aan het substraat wordt ook wel het “point of zero net charge” genoemd. Oftewel PZNC.

CEC, en wat kunnen we er nu mee?

Nou we kunnen van de CEC capaciteit gebruik maken, of juist vermijden. Het is net wat je wil.

• Klei kan zo mooi stoffen als NH4+, Calcium, Magnesium, IJzer, Kalium opnemen en als voorraad voor de planten dienen zonder dat deze stoffen al te snel in de waterkolom komen.
• We weten nu dat de pH invloed heeft op het al dan niet vrijkomen van stoffen.Een stijgende GH kunnen we zo bijvoorbeeld verklaren doordat Calcium vrijkomt bij dalende pH. Fosfaat komt vrij bij stijgende pH. Zo zijn soms wel eens wat algenproblemen te verklaren. Maken we de pH lager dan stopt de fosfaatafgifte. Bestrijden we dan de blauwalg door pH verlaging? Eeuuhhh, niet echt, we snijden alleen de voedselbron af.
• Detritus en mulm hebben ook CEC eigenschappen, en die vinden we ook op en in onze bodems. Dus iets om rekening mee te houden. Aan de ene kant een goede voedingsbron voor planten door de elementen die ze kunnen binden, aan de andere kant een potentiële bron van ellende.
• We kunnen klei onder in de bodem stoppen, dan is er minder kans op ongunstige effecten Maar halen we dan bij verplanten niet weer alle klei naar boven? Dan hebben we op den duur toch een verdichte, niet uniforme bodem.
• Als we een materiaal met CEC eigenschappen in de bodem stoppen, dan kunnen we er bewust voor kiezen een materiaal te gebruiken dat minimaal gevoelig is voor pH schommelingen. Dus geen turf! Maar bijvoorbeeld Zeolieten.

Tot zover de mechanische en chemische eigenschappen van de bodem. In een volgend artikel gaan we wat verder in op de biologische aspecten van de bodem, waarbij we de basiskennis van deze pagina weer gebruiken.

Lees ook: De Bodem in het Aquarium Deel 2