Hauptnährstoff CO₂

Wie schon erwähnt, hat Kohlenstoff (C) für die Pflanzen wie für alle Lebewesen entscheidende Bedeutung. Die Kohlenstoffquelle für Pflanzen ist in erster Linie Kohlendioxid (auch Kohlenstoffdioxid genannt, CO₂).

Landpflanzen und Wasserpflanzen mit Luft- oder Schwimmblättern haben meistens keine Probleme damit, genügend CO₂ über die Blätter aus der Luft aufzunehmen. Die CO₂-Konzentration in der atmosphärischen Luft beträgt zur Zeit durchschnittlich 0,039 Vol%.

Ganz anders sind die Verhältnisse unter Wasser: Sowohl in natürlichen Gewässern als auch in Aquarien ist geringe CO₂-Verfügbarkeit einer der Faktoren, die das Pflanzenwachstum am stärksten limitieren. Nicht etwa weil das Kohlendioxid im Wasser viel geringer als in der Luft konzentriert wäre (tatsächlich ist es in vielen natürlichen Gewässern ungefähr dreimal höher konzentriert), sondern weil in Wasser gelöste Gase ca. 10.000-mal langsamer diffundieren als in der Luft. Aus diesem physikalischen Grund ist die Aufnahme von CO₂ (und auch von Sauerstoff) aus dem Wasser stark gebremst. Unter anderem deshalb können Landpflanzen unter Wasser nicht auf Dauer existieren. Submerse Pflanzen haben hingegen verschiedene Anpassungen entwickelt, um an ihren natürlichen Standorten die CO₂-Aufnahme zu optimieren. Viele Arten können auch Hydrogencarbonat als alternative Kohlenstoffquelle nutzen. Die Unterwasserpflanzen-Flora ist in der Natur dort besonders üppig, wo die Kohlendioxid-Konzentration hoch ist, etwa an Grundwasseraustritten in Seen oder in Quellbächen.

Bei Aquarianern hat sich die gezielte CO₂-Düngung der Pflanzen relativ spät durchgesetzt. Eine gewisse Menge Kohlendioxid entsteht im Aquarium durch die Atmung der Lebewesen bzw. bei der Zersetzung organischer Substanz. Eher war man darum bemüht, das CO₂-Level möglichst gering zu halten, damit es nicht die Atmung der Fische behindert, und trieb es mit Sprudelsteinen aus. Die Praxis zeigt jedoch, dass in gut beleuchteten Becken das natürlich entstehende Kohlendioxid während der Beleuchtungszeit rasch von den Pflanzen verbraucht wird. CO₂-Mangel ist eine der häufigsten Ursachen für schlechten Pflanzenwuchs, und Kohlendioxid-Konzentrationen von 20?30 mg/L sind sowohl für Fische und andere Aquarientiere unbedenklich als auch für die Pflanzen besonders günstig.

Es ist zwar durchaus möglich, bepflanzte Aquarien ohne CO₂-Zugabe zu betreiben, allerdings nur unter bestimmten Voraussetzungen: geringe bis moderate Beleuchtungsstärke und Auswahl von Pflanzen mit geringem CO₂-Bedarf, z.B. Cryptocorynen, Javafarn, Javamoos, Anubias-Arten, Vallisnerien, Sagittaria subulata oder Hygrophila polysperma. Bei solchen Becken macht auch die kontrovers diskutierte "Mittagspause" Sinn: eine etwa vierstündige Unterbrechung der täglichen Beleuchtungszeit, während der der CO₂-Gehalt sich etwas regeneriert und den Pflanzen dann in der zweiten Tageshälfte zur Verfügung steht.

Die CO₂-Versorgung ist stets im Zusammenhang mit den anderen Wachstumsfaktoren zu betrachten. Mit steigendem Licht- und Nährstoffangebot steigt auch der CO₂-Bedarf der Pflanzen.

Durch CO₂-Düngung erweitern sich die Möglichkeiten der Pflanzenaquaristik erheblich. Für etliche anspruchsvollere Pflanzenarten ist CO₂-Zugabe ein Muss, aber auch bei leicht zu pflegenden Arten steigert sie die Wachstumsrate und verbessert Gesundheit, Aussehen und Färbung der Pflanzen. Starke Beleuchtung setzt CO₂-Düngung voraus und ist nicht nur für lichtbedürftige Pflanzenarten notwendig, sondern stellt auch an sich einen Gestaltungsfaktor dar.

"Bio-CO₂", d.h. Kohlendioxid-Erzeugung durch Vergären von Zuckerlösung mit Hefe, kann für kleinere Aquarien eine einfache und billige Möglichkeit der CO₂-Düngung sein. Ein CO₂-Düngesystem mit Druckgas bedeutet zwar höhere Anschaffungskosten, bietet aber auf die Dauer viele Vorteile: genaue Dosierung der CO₂-Menge mittels Druckregler, lange Standzeit, die Möglichkeit zum Einbringen größerer Mengen und zur Nachtabschaltung.

Gute Strömungsverhältnisse im Aquarium tragen zur CO₂- und Nährstoffaufnahme der Pflanzen bei und lassen sich eventuell durch Strömungspumpen verbessern. Nachtabschaltung der CO₂-Düngung ist zu empfehlen, da die Pflanzen während der Dunkelheit kein CO₂durch Photosynthese verbrauchen, aber dieses ebenso wie die Tiere durch Atmung abgeben.

Es gibt verschiedene Arten der CO₂-Einbringung. Für kleinere Becken bzw. kleine CO₂-Mengen kann die sogenannte Paffrath-Schale ausreichen. Auf dem Markt ist eine Anzahl von Reaktoren, Diffusoren und Atomizern. Besonders effektiv und für große Becken zu empfehlen sind Inline-Diffusoren und Glas-Diffusoren.

Das Kohlendioxid ist nur eine von mehreren Formen des im Wasser gelösten anorganischen Kohlenstoffs (DIC = "dissolved inorganic carbon"). Es bildet ein chemisches Gleichgewichtssystem mit Wasser, H⁺- und OH^--Ionen, Kohlensäure (H₂CO₃), Hydrogencarbonat-Ionen (HCO₃^-) und Carbonat-Ionen (CO₃^2-). Die CO₂-Konzentration steht daher in Zusammenhang mit dem pH-Wert und der Carbonathärte. Je höher die Carbonathärte des Wassers ist, desto stärker ist es gegen CO₂- und pH-Schwankungen gepuffert. CO₂-Entzug ist mit pH-Anstieg verbunden.

Wie schon erwähnt, können verschiedene Wasserpflanzenarten Hydrogencarbonat als Kohlenstoffquelle nutzen, wenn freies CO₂im Mangel ist. Sichtbares Zeichen dafür ist die "biogene Entkalkung": Ausfällung von festem Kalk (CaCO₃) auf der Oberseite der Blätter. Diese grauweißen, körnigen, bröseligen Kalkbeläge sind häufig an Unterwasserpflanzen in der Natur, aber auch bei Aquarienpflanzen wie Vallisnerien, Wasserpest oder Echinodoren zu finden; sie können optisch sehr stören und lassen sich durch CO₂-Düngung beheben.