Der Wasserchemismus in Gartenteichen kann sehr variabel sein. So findet man in der Literatur auch wenig Definitives. Man dürfte allerdings nicht schlecht fahren, wenn man sich weitgehend an die Anforderungen an Fischgewässer und Aquarienwasser für Süsswasserfische hält. Nachfolgend sollen die wichtigsten wasserchemischen Zusammenhänge aus folgender Literatur (leicht verändert und ergänzt) kurz erläutert werden:
Baensch, Paffrath, Seegers: Gartenteich-Atlas, Mergus-Verlag, Melle, 1992
Die Wasserhärte: Das Regenwasser fällt herab und versickert im Boden oder sammelt sich oberirdisch in den Gewässern. Dabei nimmt es Mineralien und Salze auf. Dies wird im Wasserkessel oder im Kaffeeautomaten deutlich, dort setzt sich nämlich ein Teil der aufgenommenen Bestandteile als Kesselstein ab. Bei diesem Kesselstein handelt es sich um Kalzium- oder Magnesiumkarbonat.
Kalzium- und Magnesiumsalze, aber auch noch andere sogenannte Erdalkalien, gehen im Wasser in Lösung. Salze bestehen aus zwei Partnern (Ionen), den positiv geladenen sogenannten Kationen und den negativ geladenen Anionen. Beim allgemein bekannten Natriumchlorid oder Kochsalz (NaC1) wird dies deutlich: Na+ ist das Kation, Cl- das zugehörige Anion. Kalzium- und Magnesium-Kationen sind die wichtigsten Härtebildner, erst danach kommen Natrium und Kalium. Die Messung dieser Härtebildner erfolgt in sogenannten deutschen Härtegraden, man spricht von der deutschen Gesamthärte (dGH), ein Härtegrad entspricht 10 mg Kalzium- oder Magnesiumoxid in 1 Liter Wasser. Für die aquaristische Praxis und in Gartenteichen läßt sich in etwa die folgende Zuordnung treffen:
Nach dem Kochen ist das Wasser weicher geworden, ein Teil der Härte ist also verschwunden. Bei dieser temporären oder vorübergehenden Härte handelt es sich um die Karbonathärte (KH). Diese wird durch die Verbindung von Kalzium und Magnesium mit Kohlendioxid bzw. Kohlensäure hervorgerufen. Diese Verbindungen bezeichnet man als Bikarbonate und Karbonate. Die Karbonathärte gibt den Gehalt an Kalziumhydrogenkarbonat [Ca(HCO3)2] an. Beim Kochen des Wassers wird CO2 ausgetrieben, die Folge ist, daß das Kalziumkarbonat größtenteils ausfällt und sich als Kalk absetzt. Auch durch die Photosynthese der Wasserpflanzen können Bikarbonate in Karbonat und CO2 zerfallen, dies bezeichnet man als biogene Entkalkung. Die Blätter der Wasserpflanzen sind dann im ungünstigsten Fall von einer Kalkschicht überzogen. Durch Zugabe von CO2 kann das Karbonat wieder in Lösung gehen. Weil um so mehr Kohlendioxid gebunden werden kann, je höher die Härte ist, spricht man statt von Karbonathärte besser vom Säurebindungsvermögen oder der Säurebindungskapazität. CO2 ist im Aquarium bis auf einige Huminsäuren die wichtigste Säure, und so beeinflußt die Karbonathärte über den Gehalt an freiem Kohlendioxid den pH-Wert. Ist die Karbonathärte hoch, so kann verhältnismäßig viel CO2 gebunden werden, bevor sich der pH-Wert wesentlich ändert, das System ist dann besser gepuffert. Andererseits kann die Kohlensäure den Kalk im Wasser in Lösung halten, so daß er nicht ausfällt.
Für die Aquaristik und auch die Gartenteichpflege hat die Karbonathärte einen wichtigeren Einfluß als die Gesamthärte. Weil die Säurebindungskapazität bei niedriger Karbonathärte nur sehr gering ist, kann in diesem Fall der pH-Wert leicht sinken oder steigen. Um dies zu verhindern, sollte die Karbonathärte nicht unter 3-4 liegen. Wie das zu bewerkstelligen ist, wird im Zusammenhang mit dem pH-Wert erörtert werden.
Der Gesamtsalzgehalt: Je mehr Salze im Wasser gelöst sind, um so stärker leitet Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur den elektrischen Strom. Dies ist das Prinzip der Leitfähigkeitsmessung. Gemessen wird in Mikrosiemens pro Zentimeter (1 µS/cm). Im Grunde wird allerdings lediglich die Gesamtsumme aller leitenden Mineralstoffe gemessen, entscheidend ist jedoch oft nur ein bestimmter Mineralstoff, der als Einzelwert so aber nicht zu erfassen ist. Dennoch lassen sich anhand der Leitfähigkeitsmessung bestimmte Rückschlüsse ziehen. Wenn wir das Aquarium betrachten, so werden hauptsächlich durch das Futter Mineralstoffe eingetragen. Wasser verdunstet und wird in der Regel durch Leitungswasser ersetzt, das auch wiederum mehr oder weniger Mineralstoffe enthält. So nimmt der Gesamtsalzgehalt zu. Dies können wir mit der Leitfähigkeitsmessung kontrollieren. Nach einem nennenswerten Anstieg muß unbedingt ein Wasserwechsel durchgeführt werden.
Der pH-Wert: Im Wasser geht ein Teil des CO2 in Kohlensäure (H2CO3) über. Diese Säure beeinflußt den sogenannten pH-Wert des Wassers ebenso wie jede andere Säure. Säuren können allerdings unterschiedlich stark sein.
In chemisch neutralem Wasser besteht ein Säure-Base-Gleichgewicht. Das Wasser (H2O) enthält dann die gleiche Menge an "sauren" Wasserstoff- (H+-) Ionen und "alkalischen" Hydroxid- (OH-) Ionen. Bei neutralem Wasser liegt ein pH-Wert von 7 vor, wird das Wasser saurer, so sinkt der pH-Wert, wird es alkalischer, so steigt er. Die pH-Wert-Skala reicht insgesamt von 1-14. Von einem zum nächsten runden pH-Wert steigt der Säuregehalt jeweils um eine Zehnerpotenz, in Wasser von pH 6 sind also 10 mal weniger H+-Ionen enthalten als in Wasser mit dem pH-Wert 5. Für die Aquaristik bedeutet dies, daß die Fische und sonstigen Aquarienbewohner es in pH 5 messendem Wasser 10mal saurer haben als bei pH 6, bei pH 4 ist es 100mal saurer als bei pH 6. Der Anstieg oder Abfall des pH-Wertes ist also nicht linear sondern logarithmisch. Dieses Beispiel zeigt aber auch die Bedeutung des pH-Wertes für die Lebewesen auf. Für die Forelle wird ein tödlicher pH-Wert von unter pH 5,5 und über pH 9,4 angegeben (BAUR, 1980). Nachstehend einige Beispiele:
Aus diesen Angaben ist zu entnehmen, daß im Aquarium der pH-Wert nicht tiefer als 5,5 bis 6 und nicht höher als 8,5 bis 9 liegen sollte. Für einheimische Kaltwasserfische läßt sich das noch weiter einschränken. Dort sollte der Wert zwischen 7 und 8 liegen. Diese letzteren Werte gelten auch für Gartenteichgewässer. Dabei ist aus Gründen, die mit dem Stickstoffabbau zusammenhängen, ein Wert eher um 7 bis 7,2 als um pH 8 anzustreben.
Die Beeinflussung des pH-Wertes ist nicht so ganz einfach, besonders nicht in Gartenteich-Dimensionen. Im Süßwasseraquarium kann sie über den CO2-Gehalt erfolgen. Durch eine entsprechende Kohlensäuredüngung, Geräte dazu werden im Zoofachhandel angeboten, kann der pH-Wert gesenkt werden. Nun steht aber der pH-Wert nicht nur in Abhängigkeit mit dem Kohlensäuregehalt des Wassers, sondern hängt auch von der sogenannten Karbonathärte (KH) ab. Eine Senkung des pH-Wertes durch CO2-Zufuhr ist nur dann sinnvoll, wenn die Karbonathärte nicht zu hoch ist, denn sonst wird zuviel CO2 benötigt. Die Karbonathärte sollte nicht unter 3-4 °KH liegen, sonst kann der pH-Wert plötzlich in zu saure Bereiche abgleiten.
Ein Anheben der Karbonathärte des Leitungswassers in den idealen Bereich ist heute kein Problem, dafür gibt es im Zoofachhandel Härtebildner, die dem Wasser nach Anleitung zugefügt werden können. Das Senken der Karbonathärte kann für Aquarienverhältnisse durch Einsatz eines Ionenaustauschers oder einer Umkehr-Osmoseanlage erfolgen, für den Gartenteich wäre das zu teuer, dort verwendet man besser Regenwasser und mischt dieses eventuell mit Leitungswasser. Wenn die Karbonathärte zwischen 4 und rund 10 °KH liegt, kann auch im Gartenteich der pH-Wert leichter herabgesetzt werden, zum Beispiel durch Filterung des Wassers über Torf. Meistens ist dieses aber überhaupt nicht notwendig, denn das Leitungswasser entspricht in unseren Breiten glücklicherweise weitgehend den dargestellten Ansprüchen. So muß der pH-Wert laut Trinkwasserverordnung zwischen 6,5 und 9,5 liegen, jedes Wasserwerk wird ihn aber zum Schutz des Rohrleitungsnetzes möglichst leicht über 7 halten wollen. Messen Sie einmal den pH-Wert Ihres Leitungswassers und den pH-Wert in Ihrem Teich!
Die Rolle des Sauerstoffs im Wasser. Der Sauerstoff (O2) übernimmt bei den Stoffwechselvorgängen der meisten Lebewesen entscheidende Funktionen. An erster Stelle steht hier natürlich die Atmung. Bei der Atmung werden hochmolekulare Verbindungen wie Fette und vor allem Zucker unter Sauerstoffverbrauch in niedermolekulare energiearme Verbindungen umgewandelt, letztlich in Kohlendioxid und Wasser. Dabei wird für die Lebewesen Energie verfügbar. Der Sauerstoff muß allerdings in der notwendigen Menge den Zellen zu- und das Kohlendioxid muß abgeführt werden. Um dies zu gewährleisten, haben sich die verschiedensten Anpassungen entwickelt, zum Beispiel die Tracheen der Insekten, die Kiemen der Fische und Amphibienlarven, oder die Lungen der höheren Wirbeltiere.
Der Sauerstoff steht allerdings nur deshalb zur Verfügung, weil ihn die photosynthetisch aktiven Pflanzen zuvor erzeugt haben. Sie nehmen Wasser und CO2 auf und verarbeiten es mit Hilfe des Chlorophylls, des Blattgrüns, unter Einsatz der Lichtenergie zu Traubenzucker, wobei sie Sauerstoff abgeben. Auf diese Weise wird die Lichtenergie den höheren Lebewesen in den Zuckerverbindungen zugänglich und der Kreislauf schließt sich. Alle Lebewesen atmen also ständig, auch die Pflanzen, doch kommt bei letzteren die Photosynthese hinzu.
Nun ist der von den Pflanzen abgegebene und für die übrigen Lebewesen ebenfalls so wichtige Sauerstoff auf unserer Erde nicht gleichmäßig verteilt. Zum Beispiel löst er sich in Wasser nicht so sonderlich gut. Der dort vorhandene Sauerstoffgehalt ist vom Luftdruck, von der Wassertemperatur und von anderen Einflüssen abhängig.
Vor allem durch Einwirkung höherer Temperaturen kann sich der Sauerstoffgehalt stark verringern. Dies kann sich besonders auf kleine Gewässer wie Tümpel oder auch Aquarien massiv auswirken, ein Umstand, dem oft viel zu wenig Beachtung geschenkt wird. Siehe hierzu auch die nachfolgende Tabelle.
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Der Verlauf der O2 -Kurve in einem See ist abhängig von der Temperatur und der Tiefe. Eine gewisse zeitliche Verschiebung zwischen Gehalt des Sauerstoffs und Temperatureinwirkung wird durch von den Lebewesen bewirkte Einflüsse verursacht. Im Frühjahr fördert die sprunghafte Entwicklung des Phytoplanktons eine starke Sauerstoffanreicherung. Diese Vorräte werden von Bakterien und Tieren im Verlauf des Sommers wieder aufgezehrt. Über die Zeit der sommerlich hohen Temperaturen hinaus bis in den Herbst kann sich ein starker O2-Mangel einstellen. Im Winter nimmt das Wasser bei tiefen Temperaturen und verringerter Stoffwechselaktivität der Lebewesen wieder Sauerstoff aus der Atmosphäre auf, im Frühjahr kommt weiterer von Wasserpflanzen produzierter Sauerstoff hinzu. Auf diese Weise ist der O2-Gehalt des Wassers typischen jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen. In deutlich eutrophierten Gewässern können diese biologischen Vorgänge sogar zu starken Tag-Nacht-Schwankungen des Sauerstoff-Gehaltes führen. Immer wieder ist Derartiges auch in Gartenteichen mit starken Algenblüten zu beobachten. In Extremfällen kann es dann zu Fischsterben kommen.
Viele Lebewesen stehender Gewässer versuchen Sauerstoffmangel durch Wanderbewegungen zwischen den Wasserschichten zu entgehen. In dichtbesiedelten Tümpeln, in denen bei hohen Temperaturen Sauerstoffmangel auftritt, steigen die Wasserflöhe zur Oberfläche auf und können das Wasser dann braunrot färben. Die Wanderungen durch die Schichten werden durch die Orientierung nach dem Licht beeinflußt, wobei sie bei den Wasserflöhen erst bei Atemnot eintritt. Durch die Orientierung zum Licht wird das Bestreben der Wasserflöhe, in sauerstoffhaltige Schichten zu gelangen, indirekt erreicht.
Das Kohlendioxid: Im Zusammenhang mit der Erläuterung der Bedeutung des Sauerstoffes wurde bereits deutlich, daß aufgrund der Atmungs- und Photosynthese-Prozesse der Kohlendioxid-(CO2-) Haushalt in enger Wechselwirkung mit dem Sauerstoff gesehen werden muß. Kohlendioxid ist allerdings wesentlich leichter in Wasser löslich, es reagiert mit Wasser zu Kohlensäure (H2CO3) und kann auf diese Weise in sehr großen Mengen aufgenommen werden.
Kohlendioxid ist einerseits ein wichtiger Ausgangsstoff für die Photosynthese der Pflanzen, andererseits wird es von den Zellen abgegeben und muß dann abtransportiert werden. Im Fließgewässer geschieht dies besonders einfach durch die Wasserbewegung. Wenn man dies im Aquarium nachahmen möchte, zum Beispiel durch einen Sprudelstein, so ergibt sich andererseits das Problem, daß das ausgetriebene CO2 dann den Pflanzen fehlt. Nun können diese ja nur am Tage im Licht Photosynthese betreiben, dann wird es benötigt, erst in der Nacht steigt der Kohlendioxid-Gehalt zunehmend an und kann den Fischen gefährlich werden. Ein Kompromiß besteht also darin, den Sprudelstein nur in der Nacht laufen zu lassen, um damit überschüssiges CO2 auszutreiben. Am Tage wird er abgestellt.
Es darf an dieser Stelle jedoch auch nochmals darauf hingewiesen werden, daß das Kohlendioxid nicht nur für die Lebewesen direkt von Bedeutung ist, es beeinflußt auch in starkem Maße die abiotischen Vorgänge in den Gewässern, so z.B. das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht.
Der Stickstoff-Stoffwechsel: Ein wesentlicher Bestandteil der Proteine oder Eiweiße sind Stickstoffverbindungen. Diese werden mit der Nahrung aufgenommen und in den Körper eingebaut. Jedes organische Material vom Fischfutter über den Fischkot bis zu den toten Tieren und abgestorbenen Pflanzenblättern weist einen wesentlichen Anteil an Stickstoff auf. Die Stickstoffverbindungen werden unter Sauerstoffzehrung von den Bakterien zersetzt und so letztlich wieder für die Pflanzen verfügbar gemacht. Dieser stufenweise Abbau erfolgt teilweise über giftige Zwischenprodukte, deren Gehalt im Aquarium oder Gartenteich regelmäßig überprüft werden muß.
Das erste Abbauprodukt der Eiweiße sind Ammonium (NH4+) und Ammoniak (NH3). Das Ammoniak ist die giftigste Stickstoffverbindung und liegt bei pH-Werten von über 7 vor, unter pH 7 geht Ammoniak in das ungiftige Ammonium über. Diese pH-Abhängigkeit des giftigen Ammoniaks ist es, weshalb der pH-Wert im Aquarium nicht zu hoch sein sollte. Da unsere heimischen Kaltwasserfische bei einem pH-Wert von über 7 gepflegt werden müssen, ist dem Ammoniakgehalt im Wasser besondere Aufmerksamkeit zu schenken und deshalb darf auch der Wasserwechsel nicht vergessen werden.
Der zweite Schritt des Stickstoffabbaus ist die Nitritation. Bakterien der Gattung Nitrosomonas bauen unter Sauerstoffzufuhr Ammoniak und Ammonium zu Nitrit (NO2) ab. Auch Nitrit ist giftig und so müssen wir auch den Nitrit-Wert im Aquarium oder Gartenteich regelmäßig im Auge behalten.
Die Endstufe ist die Nitratation. Wiederum unter Sauerstoffzufuhr wird von Bakterien der Gattung Nitrobacter das Nitrit in Nitrat (NO3) überführt. Nitrat ist wesentlich weniger giftig. Allerdings kann es sich in hohen Konzentrationen ansammeln. Gerät das System nun ins Sauerstoffdefizit, wird zum Beispiel in der Nacht in einem Aquarium mit hohem Fischbesatz der Belüfter abgeschaltet, so kann durch Denitrifikation bzw. Nitrat-Reduktion das Nitrat wieder zu Nitrit umgewandelt werden und die Fische sterben an Nitrit-Vergiftung. Daher ist auch dem Nitrat Aufmerksamkeit zu schenken. Sowohl Ammonium als auch Nitrat werden von den Pflanzen aufgenommen, sie stellen für diese eine wichtige Stickstoffquelle dar.
Wesentlich für einen geregelten Stickstoffabbau ist also nach dem bisher Festgestellten zum einen die Anwesenheit der Bakterien, insbesondere solchen der Gattungen Nitrosomonas und Nitrobacter, zum anderen muß genügend Sauerstoff vorhanden sein. Das bedeutet, ein ganz frisch eingerichtetes Aquarium darf nicht sofort mit Fischen besetzt werden, denn die Bakterien haben noch keine genügend großen Stämme aufbauen können um mit den anfallenden Stoffwechselprodukten fertig zu werden. Die Folge ist eine Ammoniak- oder Nitritvergiftung der Fische. Um die Bakterien zu fördern, kann man Filtermaterial aus einem in Gebrauch befindlichen Filter in das Gerät für das neu eingerichtete Aquarium geben. Um die Bakterienflora nicht gänzlich zu zerstören, sollte man einen biologisch arbeitenden Filter nie mit heißem Wasser auswaschen, es sei denn, eine Krankheit läge vor. Medikamente töten selbstverständlich außer den Krankheitserregern auch die erwünschten Bakterien mit ab. Nach einer Krankheitsbehandlung muß also auch den Stickstoff-Stoffwechselprodukten erhöhte Aufmerksamkeit gewidmet werden. Deshalb den Nitritgehalt (NO2) messen.
Die Messung der Wasserwerte: Außer der Temperatur sollten auch die hier genannten Faktoren stets in regelmäßigen Abständen überprüft werden, und zwar sowohl im Kaltwasseraquarium als auch im Teich. Dabei ist die Gefahr im Aquarium natürlich größer, daß dort ein Wert in ungünstige Bereiche gerät, denn der Raum ist geringer, so daß sich negative Dinge rascher auswirken.
Fast alle der genannten chemophysikalischen Größen kann man mit Testsätzen recht einfach messen, die im Zoofachhandel erhältlich sind.
Meistens arbeiten diese Tests titrimetrisch. Dabei wird einer zu untersuchenden Menge Wasser bis zum Farbumschlag eine Testlösung zugegeben und die notwendigen Tropfen gezählt. Diese lassen sich dann anhand der in der Gebrauchsanweisung gegebenen Hinweise leicht umrechnen. Zu derartig arbeitenden Wassertests zählen solche für die Sauerstoffmessung, bei der übrigens sehr sorgfältig gearbeitet werden muß, um brauchbar genaue Werte zu erzielen, ferner die für die Messung der Gesamt- (GH) und Karbonathärte (KH). Bei anderen Testsätzen wird ein Indikator zugegeben und das Ergebnis mit einer Farbtafel verglichen. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel der pH-Wert und der Nitritgehalt (NO2 ) ermitteln. Die genaueste Messung von pH-Wert und Sauerstoffgehalt ist mit elektrischen Meßgeräten möglich, die Leitfähigkeit ist nur auf diese Weise festzustellen. Allerdings sind diese Geräte relativ teuer, so daß der normale Aquarianer oder Teichbesitzer Testsätze vorziehen wird. Manche Zoofachhändler leihen aber solche Meßgeräte gegen eine geringe Leihgebühr aus oder führen die Tests selbst durch.
Die KH (Karbonathärte) soll zwischen 4 und 15 °dKH liegen. Der pH-Wert zwischen 7 bis 8. Nitrit darf nicht über 0,2 mg/1 sein! Nitrat soll für Pflanzen nicht über 50 mg/l sein; für Fische sind kurzfristig bis 260 mg/l zulässig.