XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Аквариум - искусственная экосистема дома

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Егоров Э.О. 1

---

1Средняя школа № 5 имени О.И. Семёнова-Тян-Шанского

Товстюк М.В. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа № 5 имени О.И. Семёнова-Тян-Шанского

Работа в формате PDF

3.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Паспорт проекта

«Аквариум, искусственная экосистема дома.»

Аквариум - экосистема

Аквариум – это не просто резервуар с водой и рыбками. Это тщательно продуманная, пусть и миниатюрная, модель экосистемы, отражающая сложные взаимосвязи, существующие в природе. Он позволяет наблюдать и изучать фундаментальные биологические процессы, не выходя из дома. Представьте себе, что у вас в квартире – маленький уголок Амазонки или кораллового рифа, полный жизни и динамики.

Более глубокое понимание экосистемы аквариума:

• Биоразнообразие: Аквариум может содержать представителей различных биологических царств, тесно взаимодействующих друг с другом.

  • Животные (рыбы, беспозвоночные): Каждый вид занимает свою экологическую нишу, выполняет определенную функцию и влияет на остальную экосистему. Например, донные рыбы (сомики) выполняют роль "уборщиков", подъедая остатки корма, в то время как плавающие в верхних слоях пецилии помогают бороться с водорослями. Креветки, в свою очередь, перерабатывают детрит и остатки органики.

  • Растения: Не только украшение аквариума, но и ключевой элемент для поддержания баланса. Они поглощают нитраты, выделяют кислород, необходимый для дыхания рыб, и служат укрытием для мальков и пугливых обитателей. Разнообразие видов растений позволяет создать более устойчивую экосистему, так как разные растения потребляют различные питательные вещества и устойчивы к разным условиям.

  • Микроорганизмы (бактерии, простейшие): Невидимые глазу, но абсолютно необходимые для функционирования экосистемы. Бактерии выполняют важнейшую роль в азотном цикле, преобразуя токсичные отходы жизнедеятельности рыб в менее вредные вещества. Простейшие участвуют в разложении органических веществ и служат пищей для мелких беспозвоночных.

• Трофические цепи: Аквариум позволяет проследить трофические цепи, то есть последовательность передачи энергии от одного организма к другому.

  • Первичное звено: Растения и водоросли, использующие солнечный свет для фотосинтеза и производства органических веществ.  [1] 

  • Вторичное звено: Травоядные рыбы и беспозвоночные, питающиеся растениями и водорослями.

  • Третичное звено: Хищные рыбы, питающиеся другими рыбами и беспозвоночными.

  • Детрит: Органические остатки (мертвые растения, экскременты, остатки корма) разлагаются микроорганизмами, создавая питательные вещества для растений и пищу для некоторых беспозвоночных.

• Круговорот веществ: В аквариуме можно наблюдать круговорот основных элементов, таких как азот, фосфор и углерод.

  • Азотный цикл: Аммиак (NH₃) – нитриты (NO₂-) – нитраты (NO₃-) – азот (N₂). Бактерии последовательно преобразуют токсичные отходы жизнедеятельности рыб (аммиак) в менее токсичные вещества (нитриты и нитраты), которые затем поглощаются растениями или удаляются при подмене воды.

  • Углеродный цикл: Растения поглощают углекислый газ (CO₂) в процессе фотосинтеза и выделяют кислород (O₂). Рыбы и другие организмы поглощают кислород и выделяют углекислый газ.

• Адаптация: Аквариум позволяет изучать адаптацию организмов к конкретной среде обитания. Форма тела, окраска, поведение и физиологические особенности рыб и растений – результат длительной эволюции, направленной на выживание в определенных условиях. Например, у тернеций глофиш яркая флуоресцентная окраска, которая помогает им находить друг друга в мутной воде.

• Взаимодействие видов: Разные виды в аквариуме могут взаимодействовать друг с другом различными способами:

  • Конкуренция: За пищу, пространство и другие ресурсы.

  • Симбиоз: Взаимовыгодное сосуществование (например, рыбы-клоуны и актинии).

  • Паразитизм: Один организм использует другого в качестве источника пищи или места обитания, причиняя ему вред.

  • Хищничество: Один организм (хищник) убивает и поедает другого (жертву).

• Устойчивость экосистемы: Устойчивость экосистемы аквариума зависит от разнообразия видов, наличия достаточного количества ресурсов и эффективности круговорота веществ. Устойчивая экосистема способна выдерживать небольшие колебания условий среды (температуры, pH, освещения) без серьезных нарушений.

Эстетический аспект аквариума: Живое искусство

Аквариум – это не только научный инструмент, но и произведение искусства, способное преобразить любое помещение. Правильно оформленный аквариум – это живой, динамичный пейзаж, радующий глаз и успокаивающий нервы.  [1] 

Детали эстетической привлекательности:

• Цветовая гамма: Разнообразие окрасок рыб, растений и декораций создает богатую цветовую палитру, способную гармонично вписаться в любой интерьер. Можно создать аквариум в мягких, пастельных тонах для расслабляющей атмосферы или в ярких, контрастных цветах для создания акцента в комнате.

• Композиция: Расположение растений, камней, коряг и других декораций создает объем и глубину, имитируя природный ландшафт. Важно учитывать пропорции и перспективу, чтобы создать гармоничную и сбалансированную композицию. В акваскейпинге, например, существует множество техник создания впечатляющих подводных пейзажей.

• Движение: Плавные движения рыб и колыхание растений создают ощущение жизни и динамики. Наблюдение за этими движениями помогает расслабиться и снять стресс.

• Свет: Освещение играет важную роль в создании атмосферы в аквариуме. Правильно подобранный свет подчеркивает окраску рыб и растений, создает игру теней и придает аквариуму глубину.

• Индивидуальность: Каждый аквариум уникален и отражает вкус и предпочтения своего владельца. Можно создать аквариум в стиле "псевдоморе" с яркими коралловыми рифами и экзотическими рыбами, или аквариум в стиле "природный аквариум" с густой растительностью и естественными декорациями.

Психологическое воздействие:

• Снятие стресса: Наблюдение за аквариумом помогает расслабиться, снижает кровяное давление и успокаивает нервную систему.

• Улучшение настроения: Яркие краски и плавные движения рыб вызывают положительные эмоции и улучшают настроение.

• Медитация: Созерцание аквариума может быть своего рода медитацией, позволяющей отвлечься от повседневных забот и сосредоточиться на настоящем моменте.

• Связь с природой: Аквариум позволяет ощутить связь с природой, даже находясь в городской квартире.

Образовательный аспект аквариума: Живой урок биологии и экологии

Аквариум – это прекрасный инструмент для обучения биологии, химии воды, экологии и ответственности за живых существ. Он позволяет получить знания на практике, наблюдая за реальными процессами и явлениями.

Образовательные возможности:

• Биология:

  • Анатомия и физиология рыб и растений: Изучение внешнего и внутреннего строения организмов, их функций и адаптаций к окружающей среде.

  • Поведение животных: Наблюдение за социальным поведением рыб, их питанием, размножением и взаимодействием с другими видами.

  • Генетика: Изучение наследственности и изменчивости на примере окраски рыб и формы растений.

• Химия воды:

  • Параметры воды: Изучение pH, жесткости, температуры и содержания различных веществ (аммиака, нитритов, нитратов) в воде.

  • Химические реакции: Наблюдение за процессами, происходящими в аквариуме, такими как азотный цикл и фотосинтез.

  • Химические соединения: Изучение свойств различных химических соединений, используемых для поддержания аквариума в здоровом состоянии (например, удобрения для растений).

• Экология:

  • Экосистема: Изучение структуры и функционирования экосистемы аквариума, взаимосвязи между организмами и окружающей средой.

  • Круговорот веществ: Наблюдение за круговоротом азота, фосфора и углерода в аквариуме.

  • Пищевые цепи: Изучение трофических цепей и взаимоотношений хищник-жертва.

• Ответственность:

  • Забота о живых существах: Осознание ответственности за благополучие рыб и растений, поддержание чистоты и порядка в аквариуме.

  • Экологическое сознание: Понимание важности сохранения окружающей среды и бережного отношения к природе.

Преимущества для детей:

• Развитие наблюдательности: Наблюдение за аквариумом развивает внимательность, умение замечать детали и анализировать информацию.

• Развитие терпения: Уход за аквариумом требует терпения и настойчивости, так как результаты не всегда видны сразу.

• Развитие заботы об окружающей среде: Аквариум помогает детям понять, что живые существа нуждаются в заботе и защите.

• Повышение интереса к науке: Аквариум может стать отправной точкой для изучения биологии, химии и экологии.

Создание устойчивой и эстетичной экосистемы

Цель проекта выходит за рамки простого содержания рыбок в стеклянной емкости. Это создание саморегулирующейся экосистемы, гармонично сочетающей в себе биологическую функциональность и эстетическую привлекательность. Это как строительство миниатюрного природного заповедника, где каждый элемент играет свою роль в поддержании баланса и красоты.

Устойчивая экосистема: Самоподдерживающийся баланс

Устойчивость экосистемы аквариума означает ее способность к саморегуляции и минимизации вмешательства человека. Это достигается созданием круговорота веществ, оптимизацией трофических связей и поддержанием стабильных условий среды.

• Азотный баланс: Это основа устойчивой экосистемы. Бактерии в фильтре и грунте должны эффективно преобразовывать токсичные отходы рыб (аммиак) в менее вредные вещества (нитриты и нитраты). Растения должны поглощать нитраты, тем самым очищая воду.

• Пищевые цепи: Создание разнообразных пищевых цепей повышает устойчивость экосистемы. Например, наличие детритофагов (улиток, креветок) помогает перерабатывать органические отходы, предотвращая загрязнение воды.

• Стабильные параметры воды: Поддержание постоянной температуры, pH, жесткости и других параметров воды предотвращает стресс для рыб и растений и способствует стабильности экосистемы.

• Биоразнообразие: Разнообразие видов рыб, растений и микроорганизмов повышает устойчивость экосистемы к внешним воздействиям.

• Минимальное вмешательство: Устойчивая экосистема требует минимального вмешательства человека. Регулярные подмены воды, чистка фильтра и удаление отмерших растений – необходимые меры, но они должны быть минимальными.
   [12] 

Эстетическая привлекательность: Гармония и красота

Аквариум должен быть не только функциональным, но и красивым. Эстетическая привлекательность достигается за счет грамотного подбора и размещения растений, декораций и рыб, создания гармоничной композиции и поддержания чистоты и порядка.

• Композиция: Важно создать гармоничную композицию, учитывая пропорции, перспективу и цветовую гамму. Можно использовать различные техники акваскейпинга для создания впечатляющих подводных пейзажей.

• Растения: Растения должны быть не только красивыми, но и функциональными. Они должны обеспечивать укрытия для рыб, поглощать нитраты и выделять кислород.  [10] 

• Рыбы: Рыбы должны быть здоровыми, активными и иметь привлекательную окраску. Важно учитывать их совместимость и потребности в пространстве.  [2] 

• Декорации: Декорации (камни, коряги, песок) должны быть натуральными и нетоксичными. Они должны создавать естественную среду обитания для рыб и растений.

• Чистота и порядок: Аквариум должен быть чистым и ухоженным. Регулярная чистка стекол, грунта и фильтра – необходимые меры для поддержания эстетической привлекательности.  [14] 

Демонстрация взаимосвязи: Наглядный пример экосистемы

Наблюдение за аквариумом должно демонстрировать взаимосвязь между всеми его обитателями и их роль в поддержании общего баланса.

• Азотный цикл: Наблюдение за ростом растений и отсутствием аммиака и нитритов должно демонстрировать эффективность азотного цикла.

• Пищевые цепи: Наблюдение за тем, как рыбы питаются, как улитки перерабатывают отходы, как креветки чистят растения, должно иллюстрировать пищевые цепи.

• Взаимодействие видов: Наблюдение за тем, как рыбы взаимодействуют друг с другом, как растения служат укрытием для мальков, должно демонстрировать взаимодействие видов.  [9] 

Принципы функционирования экосистем:

Изучение аквариума как модели экосистемы помогает понять более сложные процессы, происходящие в природе.

• Круговорот веществ: Аквариум демонстрирует, как вещества циркулируют в экосистеме, переходя от одних организмов к другим.

• Пищевые цепи: Аквариум иллюстрирует, как энергия передается от одного организма к другому через пищевые цепи.

• Адаптация: Аквариум демонстрирует, как организмы адаптируются к окружающей среде, развивая определенные формы, окраски и поведение.

Планирование и реализация экосистемы

Задачи проекта направлены на последовательную реализацию поставленной цели – создание устойчивого, эстетичного и познавательного аквариума.

1. Изучение потребностей видов
Это ключевой этап, предшествующий любому действию. Нельзя просто купить "красивых рыбок" и надеяться, что они выживут. Необходимо тщательно изучить потребности каждого вида, который планируется заселить в аквариум, чтобы создать для них оптимальные условия.  [2] 

Рыбы: Индивидуальный подход к каждому виду

• Естественная среда обитания: Где обитает рыба в природе? Какова температура, pH и жесткость воды в ее естественном ареале? Каков тип грунта и растительности? Эта информация поможет воссоздать условия, наиболее близкие к природным.

• Тип питания: Что ест рыба в природе? Хищник, травоядное или всеядное? Размер и состав корма должны соответствовать потребностям рыбы.

• Температура воды: Оптимальная температура для каждого вида рыб варьируется. Нельзя содержать холодноводных рыб (например, золотых) с тропическими (например, неонов).

• pH: Кислотность воды (pH) также очень важна. Большинство тропических рыб предпочитают слегка кислую воду (pH 6.5-7.0).

• Жесткость воды (GH, KH): Жесткость воды влияет на физиологические процессы в организме рыб. GH – общая жесткость, KH – карбонатная жесткость. Некоторые рыбы предпочитают мягкую воду, другие – жесткую.

• Социальное поведение: Рыбы могут быть стайными, одиночными или территориальными. Стайных рыб нужно содержать группами, одиночным – предоставлять укрытия, а территориальных – обеспечить достаточно места, чтобы избежать конфликтов.

• Совместимость с другими видами: Некоторые рыбы могут быть агрессивными по отношению к другим видам, а некоторые – несовместимы из-за разных требований к параметрам воды.

• Пример: Тернеции глофиш – стайные рыбки, нуждаются в группе не менее 5-6 особей, слегка кислой воде (pH 6.5-7.0) и температуре 24-26°C. Коридорасы – донные рыбки, нуждаются в мягком грунте и укрытиях. Анциструсы – ночные рыбки, нуждаются в корягах, на которых они соскабливают водоросли.  [12] 

Креветки: Деликатные обитатели

• Параметры воды: Креветки очень чувствительны к параметрам воды. Необходимо поддерживать стабильную температуру, pH и жесткость.

• Тип питания: Креветки едят детрит, водоросли и специальный корм. Важно обеспечить им достаточно пищи, чтобы они не голодали.

• Наличие укрытий: Креветки нуждаются в укрытиях (мох, растения с мелкими листьями), чтобы чувствовать себя в безопасности.

• Совместимость с рыбами: Некоторые рыбы (например, крупные цихлиды) могут охотиться на креветок.

• Пример: Креветки вишни предпочитают мягкую, слегка кислую воду, температуру 22-25°C и наличие мха.

Улитки: Полезные санитары, но с нюансами

• Тип питания: Некоторые улитки (например, катушки, физ*) – детритофаги и помогают чистить аквариум от остатков пищи. Другие (например, *неритины*) едят водоросли, а *хелены* – хищники и контролируют популяцию улиток.

• Жесткость воды: Жесткость воды важна для построения раковины улиток.

• Размножение: Некоторые улитки (например, катушки) могут быстро размножаться и стать проблемой.

• Пример: Ампулярии нуждаются в жесткой воде и достаточном количестве растительной пищи. Катушки неприхотливы, но могут быстро размножиться. Хелены контролируют численность других улиток.

Растения: Баланс и красота

• Освещение: Разные растения требуют разной интенсивности и спектра освещения.

• Питательные вещества: Растения нуждаются в макро- (азот, фосфор, калий) и микроэлементах (железо, марганец и др.).

• CO2: Некоторые сложные растения (например, глоссостигма) требуют подачи углекислого газа (CO2).

• Тип субстрата: Некоторые растения растут в грунте, другие – на корягах или камнях.

• Скорость роста: Скорость роста растений влияет на их потребность в питательных веществах и CO2.

• Способность поглощать нитраты: Некоторые растения активно поглощают нитраты, очищая воду.

• Пример: Роголистник неприхотлив и быстро растет, поглощает много нитратов. Анубиас растет медленно и не требует яркого освещения. Эхинодорус нуждается в питательном грунте и достаточном освещении.

2. Создание оптимальных условий: Творение среды обитания  [12] 

После изучения потребностей видов необходимо создать условия, максимально приближенные к оптимальным.

• Параметры воды:

  • Температура: Поддерживать стабильную температуру с помощью нагревателя с терморегулятором.

  • **pH: **Использовать специальные средства для регулирования pH (если необходимо).

  • Жесткость: Использовать осмотическую воду или специальные средства для регулирования жесткости (если необходимо).

  • Аммиак и нитриты: Не должны присутствовать в воде. Необходимо дать аквариуму "созреть" (запустить азотный цикл) перед заселением рыб.

  • Нитраты: Поддерживать низкий уровень нитратов с помощью регулярных подмен воды и растений, поглощающих нитраты.

• Освещение:

  • Спектр: Использовать лампы с правильным спектром для поддержания роста растений и проявления окраски рыб.

  • Интенсивность: Регулировать интенсивность освещения в зависимости от потребностей растений и видов рыб. Слишком яркий свет может приводить к росту водорослей.

  • Продолжительность: Установить таймер для автоматического включения и выключения света.

• Грунт:

  • Тип: Использовать нейтральный грунт (кварцевый песок, мелкий гравий) подходящего размера.

  • Пористость: Грунт должен быть достаточно пористым для заселения бактериями.

  • Питательность: Можно использовать питательный грунт для растений или добавлять удобрения.

• Декорации:

  • Натуральность: Использовать натуральные камни и коряги (предварительно вываренные и очищенные).

  • Безопасность: Декорации не должны выделять вредные вещества в воду.

  • Укрытия: Декорации должны создавать укрытия для рыб и креветок.

• Совместимость:

  • Виды: Избегать содержания хищных рыб с мелкими креветками или рыбами, нуждающимися в разных параметрах воды.

  • Размер: Не перенаселять аквариум. Рыбам нужно достаточно места

• Рыбы:

  • Сом коридорас (Corydoras): Донный санитар, подъедает остатки корма.

• • Тернеция глофиш (Gymnocorymbus ternetzi "GloFish"): Мирная стайная рыбка, активная в средних слоях воды.

• • Анциструс (Ancistrus): Донный санитар, питается водорослями.

• Беспозвоночные:

  • Креветки вишни (Neocaridina davidi "Red Cherry"): Поедают водоросли и детрит, служат индикатором чистоты воды.

• • Улитки катушки (Planorbarius corneus): Поедают водоросли и остатки корма.

  • Улитки хилены (Anentome helena): Плотоядные улитки, контролируют численность катушек и других мелких улиток.

• Растения:

• • Роголистник (Ceratophyllum demersum): Быстрорастущее растение, поглощает нитраты и насыщает воду кислородом.

  • Мох (например, Яванский мох - Vesicularia dubyana): Создает укрытия для креветок и мальков, служит субстратом для размножения микроорганизмов.

  • Анубиас (Anubias): Неприхотливое растение, растет медленно, не требует яркого освещения. Можно прирастить к коряге или камню.

  • Камбоба каролинская (Cabomba caroliniana): Красивое и нежное растение, требующее хорошего освещения.

  • Ряска (Lemna minor): Плавающее растение, быстро размножается, поглощает нитраты, служит укрытием для мальков. Требует контроля чтобы не закрывала всю поверхность.

  • Гигрофила (Hygrophila): Быстрорастущее растение, легко адаптируется к разным условиям, хорошо поглощает нитраты. (разные виды гигрофилы могут подойти)

  • Криптокорина (Cryptocoryne): Неприхотливое растение с красивыми листьями, растет медленно. (разные виды криптокорин могут подойти)

  • Апоногетон ульвовидный (Aponogeton ulvaceus): Крупное растение с волнистыми листьями, может стать акцентным элементом аквариума. Требует пространства.

График наблюдений и измерений.

На примере 14 дней.

Тестирование воды на содержание аммиака, нитритов и нитратов, фосфатов является важной частью поддержания здоровой среды в аквариуме.

Наблюдения и измерения проводились 14 дней. На 3 и 10 день проводилась замена воды.
Ежедневно велись записи о состоянии воды (температура, pH, жесткость), о поведении рыб и росте растений.
Проводились регулярные тесты на содержание аммиака, нитритов, нитратов, фосфатов.
pH тест для измерения кислотности воды

Норма жесткости для воды в аквариуме условна, т. к. зависит от разных потребностей живых организмов. Нормальным значением считается параметр 4–8 gH

Таблица жесткости

Тест на содержание нитратов

Тест NO₂ , для измерения концентрации нитритов

Тест на содержаниефосфатов

Сводная таблица

День 3 и 10 – замена воды

 [8] 

Расчет стоимости и количество.

1. Аквариум: 16 500

2. Грунт: 1500

3. Рыбки: 2800

4. Корм: 1400

5. Тесты: 2100

Итого: 24 300

Количество рыб и беспозвоночных

Сом коридорас (Corydoras) - 2

Анцитрус - 2

Тернеция глофиш (Gymnocorymbusternetzi "GloFish") - 7

Креветкивишни (Neocaridina davidi "Red Cherry") - 30

Улиткикатушки (Planorbarius corneus) – 4
Объемаквариума – 20 литров

Список использованной литературы

1. С. Кочетов Аквариум дома. Москва «Планета», 1990

2. Ганс Й. Майланд Аквариум и его обитатели, 2000

3. М. Бейли, П. Бергресс Золотая книга аквариумиста, 2002

4. Кристель Кассельман Дизайн аквариума, 2005

5. Пыльцына Е. Аквариум от А до Я. Все об аквариуме. Ростов-на-Дону, 2006

6. Козлов И.Н., Горбунов А.А. Исследования светодиодных источников света для освещения аквариумов, 2017

7. Хрулева Д.Д., Позднякова В.Ф. ОСОБЕННОСТИ КОРМЛЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЯ ОБИТАТЕЛЕЙ В НАНО-АКВАРИУМАХ Караваево, 2023.

8. Майер М.Е., Мамась Н.Н. ВЛИЯНИЕ МИКРОПЛАСТИКА НА ВЫЖИВАЕМОСТЬ АКВАРИУМНЫХ РЫБОК Москва, 2024

9. Еремина А.Д. ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ: АСЦИТ У АКВАРИУМНЫХ РЫБ Сборник статей. Екатеринбург, 2023

10. Белопольский А.Е., Нечаев А.Ю. ГИГИЕНА СОДЕРЖАНИЯ АКВАРИУМНЫХ РЫБ, 2021

11. Степанова М.В., Скворцова Е.Г. АКВАРИУМИСТИКА
    Учебно-методическое пособие для обучающихся по направлению подготовки «Зоотехния», Ярославль, 2019

12. Чиркова Е.Н., Завалеева С.М., Садыкова Н.Н., Година О.В. ЭТОЛОГИЧЕСКАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ АКВАРИУМНЫХ РЫБ Материалы Всероссийской научно-методической конференции. 2019

13. Гуржий А.Н. ПОПУЛЯРНЫЕ АКВАРИУМНЫЕ РЫБКИ Москва, 2005

14. Ткаченко В.А., Сабодаш В.М., Цыба А.А. ОСНОВНЫЕ БОЛЕЗНИ АКВАРИУМНЫХ РЫБ. Москва, 2005