Der Bodengrund ist doch biologisch wie physikalisch als ein Langsamfilter mit einer riesigen Masse zu verstehen, zumindest im Vergleich mit den Filterchen, die man über Schläuche mit dem AQ verbindet. Die meisten Aquarianer meinen immer noch, daß der Dreck, der nicht unmittelbar im Becken verbleibt, für den Biotop ungefährlich ist. Dem ist aber mitnichten so. Auch der Dreck, der sich in einem Außenfilter verfängt, gehört genauso zum Biotop wie der, der auf dem Bodengrund liegenbleibt oder im freien Wasser schwebt. Ob ich einen Haufen Sch... auf den Teller lege, oder ob er unter dem Teppich breitgetreten wird, die Raumwirkung ist die gleiche. Also was spricht dagegen, den Bodengrund als Filter zu benutzen?Er hat nämlich eine ganz exponierte Lage, die dazu führt, daß thermische und tangentiale Strömungen eine ganz geringe Wasserbewegung innerhalb des Bodengrundes zulassen, je tiefer das Wasser eindringt, desto geringer die Strömung. Die reine Filterwirkung des Bodengrunds ist allerdings nicht das Hauptargument für dessen Verwendung, sondern die vielfältigen Biochemischen Vorgänge, die darin stattfinden. 

Dadurch bilden sich drei übereinandergeschichtete Zonen (siehe Abbildung) von oben nach unten :

Eine weitere Abbildung mit praktischem Bodengrundaufbau befindet sich unter dem Kapitel „Aquarien -> Gesellschaftsaquarium“. Durch den permanenten Austausch des Wassers innerhalb dieser Zonen wird eine so intensive Filterung durchgeführt, wie sie bei keinem käuflichen Filter erreicht wird. Vor allem aber lagern sich aus Metallionen Metallmoleküle in Schicht 3. ab, wie z.B. Eisen, das sich dort als schwarzbraune Adern nach einigen Monaten Betriebsdauer zu bilden beginnt. Die Pflanzen danken es uns.

Ein physikalisch richtig aufgebauter Bodengrund beginnt idealerweise mit einer untersten festen Lage aus mineralreichem und karbonatarmem Ton/Lehm. Darüber wird _natürlich_ gewonnener, rundkörniger Sand in einer Schichthöhe von mindestens 5 cm aufgebracht. Dieser besteht nicht aus einer einzigen Körnung, sondern enthält mehr oder weniger alle Korngruppen. Die groben Kiesel kann man ja bis zu einer dem Geschmack entsprechenden Größe aussieben. Den Rest wäscht man gut durch und schüttet ihn als Bodengrund über die Tonschicht.

Ist kein Ton vorhanden, kann man den Sand auch ungewaschen verwenden, wobei dann die sog. abschlämmbaren Bestandteile als Tonersatz dienen. Das können sie deswegen tun, weil ein derartiges Gemischgefüge sich unter Wasser langsam entmischt, wobei die gröberen Körnchen von den feineren unterwandert werden. Dadurch erhält man genau dort, in der obersten Schicht, wo ungelöste organische Substanzen mit Sauerstoff und von Bakterien nitrifiziert werden sollen, ein lockereres Gefüge.

Stabilisierende Wirkung des Bodengrundes

Beginnend mit der aeroben obersten Schicht sammelt sich mit der Zeit nach unten hin Filterschlamm an, der selbst nicht mehr nitrifizierbar ist und einen Lebensraum für areobe und anaerobe Bakterien ergibt. Er stellt somit einen biologischen Puffer dar. Ab einer von der Filterschlammdichte und Und Schichtdicke abhängigen Tiefe wird er im unteren Bereich anoxisch, und es kommt dort zu Nitratreduktion. Das Aquarium kommt in einen quasistationären Zustand. Es handelt sich dann um einen natürlichen Nitratfilter. Weiterhin werden dort und in den Pflanzen unplanmäßige chemische Fremdstoffe akkumuliert. Diese bleiben für den Rest des Aquarium-Systems ungefährlich. Wenn man nun aber in diesem Filterschlamm ständig herumwühlt, kann sich die erforderliche Schichtung nicht ergeben und das System funktioniert nicht. Das heißt, ein eingefahrenes Aquarium lebt von der Menge seines Filterschlamms und die sollte hübsch in Ruhe gelassen werden. Das ist auch der Grund, warum so viele Aquarien funktionieren, obwohl der Pfleger sie total vernachlässigte. Bei schwacher Beleuchtung, ein paar Cryptocorynen und Vallisnerien und wenigen Fischen, stellt sich selbiges System ein.Dieser bildet den Lebensraum für die nitrifizierenden Bakterien, die die ungelösten Organischen Stoffe, die dort eindringen in Nitrate umsetzen. Deshalb darf diese Schicht niemals durch Absaugen oder ähnliche Vorgänge zerstört werden. In dünn besetzten Becken reicht diese Schicht völlig aus, das Aquarienwasser zu filtern. Ein zusätzlicher Filter ist in diesem Fall also nicht erforderlich. Es ist lediglich für eine Umwälzung Sorge zu tragen, die den gesamten Wasserinhalt etwa einmal pro Stunde am Kreislauf teilnehmen läßt. (Siehe dazu „Mechanische Filter“).

In der aeroben Schicht wird also Nitrat erzeugt, aus dem die Pflanzen einen Großteil ihres Nährstoffbedarfs ziehen, aber auch Salpetersäure (HNO3) beim Zersetzen von Proteinen (Eiweiße). Die Salpetersäure verdrängt mit ihrem Proton (H+) das HydrogenCarbonat (HCO3), so daß Wasser und CO2 entstehen. (HCO3- + H+ = H2O + CO2). Folglich sinkt die Karbonathärte.

In der denitrifizierenden Schicht, die sauerstoffarm ist, wird Nitrat in Sauerstoff (O) und molekularen Stickstoff (N) zerlegt, der als Bläschen aufsteigt und somit dem Wasserkreislauf entzogen wird. Dabei entstehen pro Nitrat-Ion ein Hydrogencarbonation (HCO3) und gasförmiger Stickstoff (N). Die Karbonathärte steigt.

Die in den beiden letzten Abschnitten geschilderten Vorgänge heben sich im Idealfall gegeneinander auf und stehen somit im Gleichgewicht. Der Bodengrund trägt also wesentlich zur Stabilität des Biotops bei. Ist der Bodengrund feinkörnig bzw. tief genug, bildet sich in ihm nach einer Einlaufzeit von rund drei bis sechs Monaten ein sauerstoffarmes, reduzierendes Mulieu. Manche Nährstoffe, die in mehreren, mehr oder weniger flüchtigen Oxidationsstufen vorkommen können, wie z.B. Eisen und Mangan, können dadurch soweit reduziert werden, daß die Pflanzen sie mit ihren Wurzeln verwerten können..
Andere Nahrstoffe, wie z.B.Calzium, Kalium u.a. Spurenelemente werden durch diese Milieu nicht tangiert, weil sie, in Wasser gelöst, immer nur in einer einzigen Oxidationsstufe vorkommen können. Die letztgenannten Nährstoffe sammeln sich aber dennoch im Bodengrund an und werden dort durch Chelate, die in dem Bodengrund von Bakterien über die entstehenden Huminsäuren gebildet werden, in Lösung gehalten. Durch die hohe Adsorption von unlöslichen Huminstoffen im Bodengrund reichern sich also die Pflanzennährstoffe dort an und können von den Pflanzen mit den Wurzeln geerntet werden.

Optimale Höhe des Bodengrunds:

Die Höhe des Bodengrund berechnet sich wie folgt:

Ist die minimale Höhe kleiner 7,5 cm, sind 7,5 cm als Minimalhöhe anzunehmen. das ist ein Erfahrungswert.

Die Berechnung ergibt mit den Parametern Länge, Breite und Höhe das von der Bodengrundfläche abhängige Volumen des Bodengrunds. Wenn ein natürlicher Sand verwendet wird und die Entmischung der Korngruppen abgeschlossen ist, stellt sich eine von oben nach unten größer werdende Schüttdichte des Sandes dar, weil sich ja die kleineren Körnchen stets unter die gröberen schieben, indem sie die gröberen durch die Lücken unterwandern. Dies wiederum hat zur Folge, daß von oben nach unten auch die Wasserdiffusion durch den Bodengrund abnimmt. Die Abnahme geschieht dabei in der zweiten Potenz. Dies stimmt zwar nicht mit der Theorie überein, ist aber praktisch dadurch bedingt, daß mit der Zeit die feinen Zwischenräume ganz unten im Sand durch Zuschlämmen zuwachsen. Nach fast 40 Jahren der Beobachtung kann ich darum behaupten, daß diese Annahmen in der Regel stimmen.

Wenn die Formel sich auf die Bodengrundfläche bezieht, dann liegt es daran, daß die Diffusion des Wassers durch den Bodengrund nicht von ganz allein vollzogen wird, sondern durch die tangentiale Wasserströmung an der Oberfläche des Bodengrunds, die immer Wasserteilchen aus dem Bodengrund mitzieht. Eine Tangentialströmung mit rund 10 cm/sek ist völlig ausreichend, um bei einem größeren Becken eine gute Diffusion zu erreichen. Dabei kommt es nicht darauf an, daß die gesamte Schichtdicke diffundiert wird, sondern nennenswert nur das obere Viertel. Bei einem Becken mit L = 100cm, und B = 50 cm würde also eine Sandschicht mit der Dicke von rund 3 cm in die Berechnung einfließen. Ausmultipliziert kommen wir dabei auf ein Volumen von  15.000 cm³ = 15 Liter Sand, der am Kreislauf aktiv teilnimmt.

Wer besitzt schon ein Außenfilter als Sandfilter mit 15 Liter Sand, das mechanisch so feinfühlig betrieben werden kann?

Wenn wir die restlichen 9 cm Schichtdicke unterhalb der "aktiven Schicht" von 3 cm betrachten, dann entsteht dort ebenfalls eine, wenn auch wesentlich geringere, Diffusion. Dies kann jeder Aquarianer mit einem Reagenzglas nachweisen, das unten eine kleine Öffnung besitzt und in den Sand hineingedrückt wird, nicht zu tief, sonst zerspringt es! Das Reagenzglas wird mit einer kleinen Menge KMnO4 gefüllt und dann oben mit einem Gummistopfen verschlossen. Da Kaliumpermanganat -Lösung schwerer als Wasser ist, dringt sie langsam in den Bodengrund ein und verteilt sich aufgrund der Diffusion im Boden in Richtung der Tangentialströmung. Ist die Diffusion sehr schwach ausgeprägt, kann es eine Weile dauern, bis sich das Aquarienwasser braun zu verfärben beginnt, weil der rotfärbende Sauerstoffanteil der Substanz im Bodengrund verlorengeht. Je nach Schüttdichte des Sandes kann sich die Diffusionszeit erheblich unterscheiden. Die obige Formel berechnet die Sandschicht auf der Basis der Schüttdichte der von mir weiter unten angegebenen und empfohlenen Körnung.

Wenn sich aufgrund der Bakterientätigkeit in der oberen Schicht des Bodengrunds Salze bilden, sind auch diese Salzlösungen schwerer als das Wasser und sinken langsam bis zur Bodenplatte durch, um an anderer Stelle durch die Tangentialströmung an der Oberfläche wieder ins freie Beckenwasser zu gelangen, natürlich in der zwischenzeitlich durch Bakterien und Redoxvorgänge veränderten chemischen Zusammensetzung. Alle in Lösung gehende Stoffe verhalten sich so. Insofern sollte die mechanische Betrachtung als Voraussetzung für die biologische Wirkung des Bodengrunds klar geworden sein.

Bodenheizkabel als Heizung für das Aquarienwasser:

Bodenheizungen können, wenn sie richtig dimensioniert sind, für die Bodenfauna Vorteile bringen, aber auch genausogut den Biotop erheblich stören.Eine Bodenheizung mit einer Heizfunktion für das Wasser im Aquarium ist eine Fehlinvestition und führt zum baldigen Ender der Freude an der Aquaristik. Diese These muß unter zwei verschiedenen Voraussetzungen beleuchtet werden:

Bodengrund aus Kies >= 3 mm:

Einige Anbieter stellen diese Variante als das Non Plus Ultra dar, doch ist die Wirkung immer nur kurzfristig nützlich und führt nach spätestens jeweils zwei Jahren Betriebsdauer zum vollständigen Ausräumen des Beckens. Der Grund dafür ist naheliegend und besteht darin, daß in diesem Bodengrund ausschließlich aerobe Bakterien leben können, weil die Versorgung mit Sauerstoff durch die starke thermische Bodenströmung kurz nach der Neueinrichtung des Aquariums zunächst gewährleistet ist, wenn die entstehende Wärme dies überhaupt zuläßt. Dadurch, daß aber ständig ungelöste organische Stoffe durch die Lücken zwischen den Kiesbröckchen nach unten bis auf die Bodenscheibe in Massen durchsickern, wird die Thermik mit der Zeit großflächig bis auf einige Kanäle unterbrochen, gleichzeitig werden die aeroben Bodenbakterien wegen Sauerstoffmangel und Überhitzung abgetötet, weil die Temperatur im Bereich des Heizkabels gewaltig ansteigt. Da nun die organischen Stoffe mit dem Wasser im Untergrund eine warme Brühe bilden und nur noch von Pilzen zersetzt werden, entsteht ein giftiges, stinkendes Milieu. Das Aquarium ist reif für eine Grunderneuerung.

Bodengrund aus Sand mit einer Mischkörnung von 0,1 bis 3 mm:

Wird ein Sand mit Mischkörnung verwendet, sind die Lücken zwischen den Sandkörnchen idealerweise so klein, daß kein organisches Material nach unten bis auf die Bodenplatte durchsickern kann. Dadurch wird zwar eine Vergiftung des Wassers verhindert, jedoch wird die Thermik durch den feinen Sand in der Schicht um das Heizkabel herum weitestgehend unterbunden. Es entsteht ein lebensfeindlicher Hitzestau, der schnell stellenweise bis zu 50 Grad Celsius betragen kann. Die Wärme wird in die darüber befindliche Sandschicht mit größer werdender Körnung übertragen, so daß nur die oberen Bodenschichten in den intensiven thermischen Wasserkreislauf einbezogen werden, wo aber auch ein Überleben der aeroben Bakterien nicht mehr überall gewährleistet ist. Folglich ist der Bodengrund in weiten Bereichen tot.

Bodenheizkabel zur Unterstützung der Thermik:

In manchen Fällen erscheint es als sinnvoll, ein Bodenheizkabel einzusetzen, das nicht zur Heizung des Aquarienwassers dient, sondern lediglich dazu, die Thermik im Bodengrund zu unterstützen. Diese Methode ist aber nur in ganz bestimmten Fällen sinnvoll, wenn nämlich die Bodengrundhöhe (s.o. Berecnung der Bodengrundhöhe) so groß ist, daß eine natürliche Zirkulation in den untersten Schichten nicht mehr gewährleistet ist. Sobald z.B. aus obiger Formel eine Höhe von < 7,5 cm herauskommt, muß ja der Rest bis 7,5 cm wegen der Bodenschichten dennoch aufgefüllt werden. In solchen Fällen kann zur besseren Durchdringung der untersten Bodenschicht eine Kabel- oder Flächenheizung verwendet werden. Die Abstimmung der Heizleistung ist aber nicht ganz einfach; denn die Bodenbakterien konnen nur bis zu einer Temperatur von 33 Grad C überleben. Um auf der sicheren Seite zu sein, sollte die Temperatur an dem Heizelement nicht höher als 30 Grad C sein. Der Strömungswiderstand des Bodengrunds wird vor allem bei Verwendung von Sand durch die Verlagerung der Feinstanteile nach unten latent immer größer. Es ist also größte Vorsicht dabei geboten.

Bodengrund aus Kies >= 3 mm:

Bei Verwendung von Kies als Bodengrund tritt grundsätzlich immer das Problem der Verschlammung ein. Wird eine schwache Bodenheizung mit einer Leistung von rund 5 Watt pro 100 Liter verwendet, ist nach der Neueinrichtung des Aquariums zunächst die Thermik schwächer, und es können sich wegen der geringeren Wärme auch in der untersten Bodenschicht aerobe Bakterien ansiedeln, doch nimmt auch hierbei die Thermik rapide ab, wenn sich organischer Schlamm im Untergrund ablagert. Dabei steigt dann die Temperatur um das Heizkabel herum schnell auf > 30 °C an. Zwar sind durch die geringere Thermik die Gefahren einer Vergiftung nicht so schnell akut, jedoch bergen die massiven Ablagerungen eine latente Gefahr, so daß auch bei dergestalt eingerichteten Becken nach relativ kurzer Betriebszeit neu eingerichtet werden muß. Die Gefahr besteht hauptsächlich darin, daß die sich ansammelnden ungelösten organischen Stoffe wegen der fehlenden anaeroben Bakterien bei Temperaturen > 30 °C verfaulen.

Bodengrund aus Sand mit einer Mischkörnung von 0,1 bis 3 mm:

Bei der Verwendung von Sand als Bodengrund kann eine Anlagerung von organischem Material in der untersten Schicht nicht stattfinden. Eine dort eingebrachte schwache Bodenheizung sorgt ggf. für einen geringfügig besseren Wasseraustausch mit den darüberliegenden Schichten. Dadurch kann bei einem sehr hohen Bodengrund oder bei Verwendung eines sehr feinen Sandes auch die unterste Bodenschicht für Filterzwecke aktiviert werden. Die Thermik darf dabei aber nur so hoch werden, daß das oben beschriebene Schichtengefüge nicht gestört wird, in dem z.B. durch zu große Leistung Sauerstoff in die untere Schicht eindiffundiert. Hier die richtige Einstellung zu finden, dürfte nicht ganz einfach sein, weil Sand aus einem Korngemisch besteht und die feinen Anteile mit der Zeit nach unten durchsickern. Dadurch wird wiederum die Thermik in der untersten Schicht verringert, und das Heizkabel heizt die rund 2 cm dicke Schicht durch Wärmeleitung auf > 30 °C auf. Bakterien können sich infolgedessen nur oberhalb dieser Schicht vermehren, in der das Gefüge nach oben hin zunehmend lockerer wird und die Thermik wieder wirksam ist.