АЗОТНЫЙ ЦИКЛ КАК ВАЖНЕЙШАЯ ЧАСТЬ БИОБАЛАНСА В АКВАРИУМЕ

[administrator 62]

АЗОТНЫЙ ЦИКЛ КАК ВАЖНЕЙШАЯ ЧАСТЬ БИОБАЛАНСА В АКВАРИУМЕ.

 

     Биобаланс.

 

   Биобаланс в аквариуме – это равновесное состояние биологической системы, возникающее и поддерживаемое взаимодействием живых организмов, биологических и биохимических процессов. Понятие «аквариумный биобаланс» не следует путать с понятием «аммиачного или азотного цикла» – процессом превращения одних соединений азота в другие, который является одной из многочисленных составляющих и существенной компонентой биологического равновесия в аквариумной среде.

   В становлении биобаланса принимают участие все водные организмы: животные (рыбы, амфибии, различные беспозвоночные – моллюски, ракообразные, черви, планарии и др.), растения (высшие растения и водоросли), одноклеточные микроорганизмы (бактерии, простейшие). Биологические взаимодействия живых организмов формируются не только отношениями по типу пищевых цепочек, или «хищник-жертва», или «хозяин-паразит», и т.п., но и способностью организмов поглощать, перерабатывать  и выделять определенные вещества. Аквариум не является закрытой системой – вещества приносятся в него извне и выводятся во внешнюю среду, в том числе с помощью аквариумиста (заселение аквариума гидробионтами, кормление, подмены или доливы воды, внесение удобрений и т.д.). Интенсивность потребления веществ и выделения продуктов жизнедеятельности гидробионтами, также как и изначальное содержание  минеральных веществ в воде, определяют качественный и количественный состав различных химических соединений в аквариумной среде. Это уровень О₂, СО₂, NH₃/NH₄⁺, NO₂, NO₃, гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов  кальция и магния – Са(НСО₃)₂, Mg(НСО₃)₂, CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂ и других солей, в составе которых находятся такие микроэлементы, как фосфор, сера, кремний, железо, медь, цинк, марганец, молибден, кобальт, бор. Химический состав растворенных веществ обуславливает биофизические и биохимические параметры воды, определяемые такими показателями, как кислотность среды (рН), редокс-потенциал (rH), общая жесткость (dH), временная или буферная жесткость (kH), которые влияют на скорость обмена веществ гидробионтов. Кроме живых организмов и химических соединений участниками становления биобаланса в аквариуме также являются и такие факторы неживой природы, как свет и температура. Эти факторы определяют не только интенсивность поглощения и выделения различных веществ гидробионтами, но, можно сказать, и саму жизнь последних.

   Таким образом, аквариум – это целостный живой организм, существующий по законам природы, миниатюрная экосистема. Как и любая живая система, этот водный мир стремится к стабильности – биологическому равновесию, биобалансу, когда все компоненты системы, являющиеся звеньями одной цепи, занимают свое место и выполняют свою функцию. Малейшее нарушение баланса ведет к потере равновесия, что включает механизмы, направленные на стабилизацию биосистемы. При невозможности восстановления баланса, аквариумная биосистема гибнет. Знание основных законов формирования аквариумной экосистемы и биобаланса помогают аквариумисту выявлять «сбои» и благополучно устранять их.

 

Азот. Азотный цикл.

 

   Как и в любой экосистеме, вещества поступают в аквариум извне,  превращаются из одних в другие и выводятся во внешнюю среду. Важнейшей частью этого круговорота веществ в аквариуме является трансформация соединений азота, известная как азотный цикл. Процесс превращения соединений азота, происходящий в аквариуме, является только частью общего природного биогеохимического круговорота азота, включающего:

–  фиксацию свободного азота атмосферы (N₂);

– усвоение (ассимиляцию) неорганических соединений азота и включение их  в живой организм, как органических соединений, например, аминокислот и белков;

– аммонификацию – минерализацию и разложение (гниение) азотсодержащих органических соединений,  в том числе – до аммиака (NO₃) и ионов аммония (NH₄⁺);

– нитрификацию – окисление аммиака и его производного аммония до нитритов (NO₂) и нитратов (NO₃);

– денитрификацию – восстановление продуктов нитрификации (NO₂ и NO₃) до газообразных закиси азота (N₂O) и молекулярного азота (N₂).

   Практически каждый этап азотного цикла осуществляется особыми микроорганизмами: азотфиксация – азотфиксирующими бактериями и цианобактериями; ассимиляция – аминоавтотрофными бактериями, использующими для синтеза белка молекулярный азот воздуха или усваивающими его из аммонийных солей;аммонификация –спорообразующими бактериями рода Bacillus, Clostridium и семейства Enterobacteriaceae; нитрификация – нитрозными бактериями родов Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospina и Nitrosospira; денитрификация – денирифицирующими бактериями из 50 родов, в том числе,Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus и Micrococcus.

    В аквариуме азотный цикл включает в себя этапы аммонификации, нитрификации и денитрификации, однако наиболее важным, можно сказать жизнеопределяющим, является процесс нитрификации, при котором аммиак или аммоний превращаются в нитрит, и далее – в  нитрат. Данный процесс также называют биофильтрацией, поскольку химический процесс превращения одних азотистых соединений в другие происходит с участием живых микроорганизмов.

 

 

Азотный цикл в аквариуме

 

 

    Аммиак.

 

   Благодаря деятельности гетеротрофных бактерий происходит разложение органики (несъеденного корма, погибших гидробионтов, отмерших частей растений и пр.), а также биологических отходов рыб, выделяемых через желудочно-кишечный тракт. Гетеротрофные микроорганизмы используют органический субстрат как источник углерода для жизненных процессов и развития, а аммиак является при этом побочным продуктом биохимических реакций, выделяющимся в аквариумную воду. Кроме того, аммиак выделяется в воду через жабры, как конечный продукт азотистого обмена рыб.

   Аммиак (NН₃) – неорганическое вещество, которое при присоединении протона водорода (Н⁺) в определенных условиях превращается в аммоний (NН₄⁺). При повышении рН среды (т.е. с увеличением щелочности) аммоний способен отдавать ион водорода и преобразовываться в аммиак. Как правило, с увеличением рН на единицу происходит десятикратное возрастание концентрации аммиака. Доля аммиака в аквариумной воде также зависит от солёности и температуры среды, повышение которых также приводит к увеличению NН₃.

   В приведенных ниже таблицах ­– различными методами оценки – показано изменение концентрации  аммиака при повышении температуры и рН среды.

 

Таблица 1

Доля (%) неионизированной формы аммиака (NH₃) в растворе при различных значениях кислотности и температуры аквариумной среды.

 

Т	160С	180С	200С	220С	240С	260С	280С	300С
рН
7,0	0,0029	0,0034	0,0039	0,0046	0,0052	0,0060	0,0069	0,0080
7,2	0,0046	0,0054	0,0062	0,0072	0,0083	0,0096	0,0110	0,0126
7,4	0,0073	0,0085	0,0098	0,0114	0,0131	0,0150	0,0173	0,0198
7,6	0,0116	0,0134	0,0155	0,0179	0,0206	0,0236	0,0271	0,0310
7,8	0,0182	0,0211	0,0244	0,0281	0,0322	0,0370	0,0423	0,0482
8,0	0,0286	0,0330	0,0381	0,0438	0,0502	0,0574	0,0654	0,0743

http://aquavitro.org/2012/09/21/otravlenie-ammiakom/

 

http://aquariumok.ru/content/ammiak_i_ammonij

 

Mohd Fadzil Shuhaimi bin Ramli, , Faizal Riza bin Abu Hassan, Paveanthen Ramachandran. Cockle (Anadara granosa) Tolerance to Ammonia Exposed to Various Concentrations // IOSR Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology (IOSR-JESTFT). e-ISSN: 2319-2402,p- ISSN: 2319-2399.–Vol. 8, Issue 6. Ver. I (Jun. 2014), PP 43-47.

 

 

Таблица 2 

 Доля (%) аммиака (NH₃) от суммарного содержания аммиака и аммония (определяемого тестами) в зависимости от температуры воды и ее активной реакции (pH). Таблица составлена для пресной воды.

 

Т	С016	С020	С024	С028	320С
рН
6,0	-	-	0,1	0,1	0,1
6,2	-	0,1	0,1	0,1	0,1
6,4	0,1	0,1	0,1	0,2	0,2
6,6	0,1	0,2	0,2	0,3	0,4
6,8	0,2	0,2	0,3	0,4	0,6
7,0	0,3	0,4	0,5	0,7	0,9
7,2	0,5	0,6	0,8	1,1	1,4
7,4	0,7	1,0	1,3	1,7	2,3
7,6	1,2	1,7	2,1	2,7	3,5
7,8	1,8	2,4	3,5	4,2	5.5
8,0	2,9	3,8	5,0	6,5	8,4
8,2	4,5	5,9	7,7	10,0	12,7
8,4	6,9	9,0	11,7	15,0	18,8

http://aquariumok.ru/content/ammiak_i_ammonij

 

 

Таблица 3

Мольная доля азота аммиака (NH₃) в общем содержании аммонийного азота в воде в зависимости от pН и температуры при минерализации 0,5 г/куб. дм 

 

pH	Мольная доля азота аммиака при температуре, °C
	0°C	5°C	10°C	15°C	20°C	25°C	30°C
6,0	0,0001	0,0002	0,0002	0,0003	0,0004	0,0005	0,0006
6,5	0,0004	0,0006	0,0008	0,0010	0,0013	0,0016	0,0020
7,0	0,0013	0,0018	0,0024	0,0031	0,0040	0,0051	0,0064
7,5	0,0041	0,0056	0,0075	0,0098	0,0126	0,0160	0,0200
8,0	0,0130	0,0176	0,0303	0,0233	0,0388	0,0488	0,0605
8,4	0,0320	0,0430	0,0565	0,0728	0,0920	0,114	0,1390

"РД 52.24.383-2005. Руководящий документ. Массовая концентрация аммиака и ионов аммония в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом в виде индофенолового синего" / Разработан ГУ "Гидрохимический институт". Разработчики Л.В. Боева, А.А. Назарова, Ю.А. Андреев // Утвержден  Росгидрометом 15 июня 2005 года . Дата введения - 1 июля 2005 года(http://rudoctor.net/medikforum/bolus/rus19450.htm)

 

   Аммиак – чрезвычайно токсичное для рыб вещество. Рыбохозяйственные ПДК свободного аммиака – 0,05 мг/л, аммония солевого (NH₄) – 0,5-1,0 мг/л (http://www.cnshb.ru/AKDiL/0033a/base/k0100001.shtm).  Аммиак поражает нервную систему, обладает гемолитическим и местным  токсическим действием. В начальной стадии острого отравления постепенно повышается возбуждение и обостряется чувствительность рыб к механическим и световым раздражителям. Затем развиваются сильные судороги, проявляющиеся толчкообразными движениями рыб и дрожанием плавников. Рыбы теряют равновесие, опускаются на дно и лежат с широко раскрытым ртом, расставленными плавниками и жаберными крышками, и затем погибают.

   Аквариумные тесты на аммиак определяют суммарное содержание в воде аммонийного азота (NH₃ и NH₄⁺), которое не должно превышать 0,3-0,5 мг/л. Однако аммиак токсичен для рыб даже в очень низких концентрациях: при показателях тестов в 0,1-0,2 мг/л также может возникать острое отравление, приводящее к несовместимым с жизнью патологиям у рыб. К хроническим токсическим эффектам аммиака, возникающим при концентрации 0,01-0,03 мг/л и особенно проявляющимся у молоди рыб, относится угнетение, подавление аппетита, снижение иммунитета, появление рваных краев плавников, появление дефектов развития, подавление репродуктивной функции и др.

   Различные виды рыб реагируют на присутствие аммиака в разной степени. Так, летальная концентрация аммиака для радужной форели – 0,32 мг/л, а для карпа – 2,2 мг/л. Понятно, что тепловодные рыбы более устойчивы к присутствию NH₃ в повышенных концентрациях, чем холодноводные. Однако при этом отмечено, что солоноводные виды более чувствительны к токсическому действию аммиака, чем пресноводные. Предполагается, что причиной этого является то, что морская вода более стабильна по составу и лучше перемешивается приливами и отливами,  что исключает формирование "застойных" зон с повышенной концентрацией данного токсиканта. 

   Аммиак, находящийся в воде аквариума, экзогенно оказывает прямое токсическое действие на восприимчивые ткани рыб, вызывая в них деструктивные изменения. Кроме того, при повышении концентрации в воде NH_3,происходит выравнивание уровней экзогенного (находящегося в аквариумной воде) и эндогенного (в организме рыб) аммиака и снижение мембранного градиента в клетках жаберного эпителия. В этом случае аммиак, образующийся в организме рыб, как конечный продукт азотистого обмена, не может выделяться через жабры. Происходит накопление аммиака в виде катионов аммония (NH₄⁺) и эндогенное отравление.

   Деструктивные изменения в жабрах и других тканях под действием аммония происходят главным образом вследствие способности NH₄⁺ запускать в живых тканях цепь процессов, приводящих к нарушению окислительно-восстановительного баланса и окислительному стрессу. Кроме того, катионы аммония способны подменять ионы К⁺ в ионном транспорте, нарушая ионообменные процессы.

   Необходимо отметить, что в определенных (относительно высоких) концентрациях NH₃/NH₄⁺могут оказывать токсическое действие и на некоторые восприимчивые виды водных растений, вызывая подавление фотосинтеза и угнетение роста. Но растения также способны использовать NH₃, который, пассивно проникая в растительные клетки, соединяется с углеродом и участвует в процессе сборки аминокислот или присоединяет Н⁺ и в составеNH₄⁺ накапливается в вакуолях.

   Лабораторные тесты выявили, что растения не способны усваивать нитрат пока есть токсичный аммоний (0,02 мг/л). Процесс нитрификации активнее проходит при pH более 7,2,  а максимума достигает при pH=8,3. Поскольку при pH менее чем 7,0 интенсивность процесса нитрификации составляет порядка 50%, а при pH=6,5 – только 30%, то в аквариуме с живыми растениями, где  pH=6.8-7.2, создаются подходящие  условия для усвоения аммония (NH₄⁺) именно самими растениями, а не бактериями-нитрификаторами. В аквариуме, где много растений при pH=6.6-7.4 практически весь аммоний будет усвоен растениями до того, как его успеют ассимилировать бактерии нитрификаторы. (http://akvas.net/info/nitrogen_cycle_aquarium.htm). 

 

 

   Нитрификация - первый шаг. Нитриты.

 

   Нитрификация – это многоэтапный микробиологический процесс трансформации высокотоксичных соединений азота в менее токсичные. На первом этапе нитрифицирующие бактерии перерабатывают аммиак (NH₃) в нитрит (NO₂). При этом аммиак-окисляющие бактерии (АОБ) отбирают у аммония протоны водорода (H⁺) как источник энергии. К оставшемуся атому азота (N) присоединяется кислород (О₂),  образуя другое азотистое соединение – нитрит (NO₂^–). Упрощенно многоступенчатый механизм реакции можно обозначить так:

NH₄⁺ + 1,5О₂ → NO₂^– + 2H⁺ +H₂O

   Понятно, что процесс образования NO₂ из аммиака может протекать только при участии доступного кислорода – в аэробной среде. Соответственно, нитрифицирующие  бактерии   являются аэробами. 

   Окисление  аммиака  до  нитритов  производят  бактерии родов   Nitroso- :  роды Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira и др. Ранее выделялись также рода Nitrosolobus, Nitrosovibrio, но сейчас их представители включены в Nitrosospira. Аутотрофные аэробные нитрифицирующие бактерии присутствуют повсюду, где есть кислород и хотя бы минимальный уровень влажности. Этот факт необходимо учитывать, так как, несмотря на свою вездесущность, нитрифицирующие бактерии, герметично упакованные в бескислородной среде, либо погибают, либо входят в фазу покоя, для выхода из которой потребуется достаточно длительный период. 

   Перерабатывать аммиак до нитритов способны также и гетеротрофные бактерии. Однако исследования выявили, что для переработки одного и того же количества аммиака потребуется в миллион раз больше гетеротрофных бактерий, чем аутотрофных нитрифицирующих. Частично это связано с тем, что гетеротрофные бактерии способны извлекать себе питание также из других соединений – органических. И, несмотря на то, что аутотрофные нитрифицирующие бактерии при благоприятных условиях удваивают свою популяцию каждые 15-24 часа, тогда как гетеротрофные бактерии способны воспроизводиться каждые 15-60 минут, использование только гетеротрофных бактерий при запуске азотного цикла в аквариуме  нецелесообразно. Такая среда не способна быстро адаптироваться к резко возросшей бионагрузке (подсаживание новой рыбы, загрязнение не съеденным кормом и пр.), что приведет к резким скачкам содержания аммиака, постоянному помутнению воды, аммонийным отравлениям рыб. 

 Рыбохозяйственные ПДК нитритов – 0,08-0,2 мгNО₂/л (http://www.cnshb.ru/AKDiL/0033a/base/k0100001.shtm). В аквариумистике считается, что пороговая концентрация нитритов, при которой большинству видов рыб откровенно не комфортно, – 0,3 мг/л, а более чувствительные реагируют уже и на 0,1 мг/л (http://www.dom-bez-kluchey.ru/hospital/no2.html).

   Краткий период, когда содержание нитритов в воде значительно возрастает, бывает при запуске любого аквариума и является не только нормальным, но и необходимым условием становления биосистемы. В дальнейшем, когда в соответствии с нитритной «кормовой базой» нарастет и количество нитрит-окисляющих бактерий, уровень NO2 понизится. В аквариуме с установившимся азотным циклом уровень нитрита всегда будет максимально близким к нулю. Важно понимать, что если нитриты и не определяются тестами, это не означает, что они отсутствуют. Они продолжают вырабатываться по цепочке азотного цикла, однако количество нитрит-окисляющих бактерий к этому времени настолько велико, что нитриты сразу же перерабатываются ими, не успевая накапливаться в аквариумной воде. 

   Нитириты (NO2) менее токсичны, чем аммиак. Если при аммиачном отравлении рыба может погибнуть в течение нескольких часов, то при воздействии повышенных концентраций нитритов отравление развивается в течение многих дней. Однако, оставаясь долго незамеченным, повреждение рыбьего организма нитритами приводит к необратимым последствиям, заканчивающимся гибелью рыб. 

   Попадая в кровь рыб через жабры, нитриты, также как и аммиак с аммонием, оказывают на нее токсическое действие. Наиболее значительный эффект ­­– окисление двухвалентного железа гемоглобина до трехвалентного. При этом цвет гемоглобина меняется с красного на коричневый – гемоглобин превращается в метгемоглобин и теряет способность переносить кислород по крови. У рыб развивается гипоксия (кислородное голодание). Рыбы тяжело дышат (жабры движутся быстрее), часто глотают ртом воздух с поверхности или постоянно находятся у поверхности, где содержание кислорода в воде максимальное, становятся вялыми, нередко висят в одном месте в углу аквариума или ложатся на дно, теряют аппетит, слабее реагируют на раздражители. Плавники прижаты к туловищу. Кроме того, нитриты повреждают кожу, жаберные лепестки, приводят к сбою в работе внутренних органов, особенно печени и почек. У некоторых видов рыб на плавниках и теле могут появиться темные пятна – как реакция на химическое раздражение. Однако данные признаки не являются специфическими для нитритного отравления. Характерным и четким признаком  является ржаво-коричневый оттенок жаберных лепестков, который можно заметить, срезав жаберную крышку у только что умершей или эфтаназированной рыбы. Другой яркий признак отравления нитритами – резкая непереносимость больших подмен воды (http://www.dom-bez-kluchey.ru/hospital/no2.html).

   Воздействие нитрита на протяжении долгого времени, как и при других видах хронического отравления, также ослабляет иммунную систему, и рыбы могут подвергаться различным инфекционным заболеваниям. 

 

 

     Нитрификация - второй шаг. Нитраты.

 

   На нитритах цепочка биофильтрации не заканчивается. Следующая группа микроорганизмов – нитрит-окисляющих бактерий (НОБ), схожая по своей деятельности с аммиак-окисляющими бактериями, химически переводит нитриты  в нитраты, используя для этого фермент нитритоксидазу. Окисление аниона азотистой кислоты (NO₂^–) до аниона азотной кислоты (NO₃^–) происходит в одну стадию:

NO₂^–  + Н₂О→ NO₃^– + Н⁺ + 2е^–

   Окисление нитритов до нитратов производят бактерии родов Nitro- : Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus.

    Соли азотной кислоты являются компонентами минеральных удобрений. Растения используют азот нитратов для построения клеток организма, создания хлорофилла. Также нитраты используется в качестве источника питания и бактериями. 

   Отравление нитратами – редкое явление. Поскольку их токсичность  чрезвычайно мала, то концентрация, которая негативно скажется на самочувствии большинства рыб и приведет к отравлению, должна быть очень высокой. При этом не стоит забывать, что есть чувствительные рыбы, которые могут получить отравление даже при относительно низком уровне  NO₃^– в аквариуме. При содержании чувствительных к составу воды аквариумных рыбок уровень нитратов в воде не должен превышать показателя в 10 мг/л. Допустимая концентрации нитратов, установленная для пресноводных рыб – до 80 мг/л, хотя считается, что в пресноводном аквариуме она не должна превышать 50 мг/л. Очевидные признаки отравления будут наблюдаться при значениях 150-300 мг/л.

   Как правило, отравление нитратами  происходит постепенно – хронически, когда их концентрация в аквариумной среде постоянно повышается – в результате цепочки нитрификационных процессов, а сами нитраты не утилизируются растениями и не выводятся с подменами воды. Симптомы  отравления нитратами могут выражаться в вялости рыб, побледнении их плавников, гипоксии. Если рыбок изначально держать  в аквариуме с низким уровнем нитратов, концентрация которых увеличивается постепенно, то рыбы привыкают к такому количеству этих веществ, и симптомы отравления нитратами могут не наблюдаются. Однако если рыбы пересажены в воду с уровнем нитратов, резко отличающимся по сравнению с водой, где рыбки обитали до пересадки, то может наступить острое отравление нитратами – так называемый «нитратный шок». В этом случае они могут погибнуть в течение нескольких дней. (http://aquarium-vl.ru/articles/nitraty).

 

 

   Дентитрификация.

 

   Нитрификация  – лишь одна, аэробная часть процесса круговорота азота. В условиях аквариума цикл трансформации соединений азота на этом не заканчивается. Образовавшиеся в процессе нитрификации нитраты вовсе не являются последним продуктом преобразования аммиака. Как правило, большая часть образовавшегося в аквариуме нитрата усваивается растениями, а другая часть выводится периодичными подменами.

   Однако при определенных условиях могут происходить процессы, в результате которых окисленные формы азота (нитраты, нитриты) восстанавливаются до молекулярного азота: 

NO₃^- → NO₂^- → NO → N₂O → N₂

   Восстановление нитратов и нитритов до газообразных азотных соединений может происходить в результате процессов прямой и косвенной денитрификации. Косвенная денитрификация – исключительно химический процесс, при котором происходит восстановление нитратов при их взаимодействии с органическими соединениями, приводящее к образованию N₂. Косвенная денитрификация имеет место только в кислой среде (рНсреды ниже 5,5), поэтому значение ее невелико. Гораздо более распространена прямая денитрификация, при которой восстановление нитратов осуществляется непосредственно микроорганизмами. 

   Денитрифицирующие бактерии – факультативные анаэробы, переключающиеся на денитрификацию только в отсутствие кислорода. В аэробных условиях эти микроорганизмы окисляют органические вещества. Таким образом, в анаэробных условиях у них функционирует одна ферментная система, в аэробных – другая. В зависимости от активности ферментной системы микроорганизмов-денитрификаторов, восстановление нитратов может происходить двумя путями:  диссимиляционно и ассимиляционно. Ассимиляционная денитрификация приводит к образованию аммиака (NH₃), который ассимилируется организмом растений, включается в метаболизми служит источником азота для построения клеточных веществ. Нитраты здесь используются как источники азота.В процессах диссимиляторной денитрификации нитраты используются вместо молекулярного кислорода в качестве окислителя органических веществ, что обеспечивает микроорганизмы необходимой энергией. Эти энергетические процессы еще называются нитратным дыханием. Существование денитрификаторов в анаэробных условиях обеспечивают не только нитраты, но и нитриты. Конечным продуктом диссимиляционной денитрификации является молекулярный азот (N₂), который растворяется в воде аквариума, а затем улетучивается в атмосферу, завершая цикл круговорот азота.

 

 

    Становление азотного цикла в новом аквариуме.

 

   С первых минут существования нового аквариума, когда уложен грунт, установлен декор, залита вода, посажены растения, а главное – запущены гидробионты, в аквариуме начинают происходить биохимические процессы, направленные на становление биобаланса в общем и азотного цикла, в частности, в соответствии с потребностями и возможностями зарождающейся биосистемы. А возможности эти невелики. Особенностью нового аквариума является то, что он ещё не имеет устоявшейся экологической системы и по мере её становления неизбежны всплески концентрации аммиака и других азотистых соединений, оказывающих губительное влияние на всё живое. 

   Как только рыба или другие гидробионты попадают в аквариум, они начинает питаться и выделять продукты обмена веществ, тем самым способствуя накоплению аммиака в воде. Однако колоний нитрификаторов, способных переработать весь аммиак, в новом аквариуме еще нет. Единичные бактерии конечно попадают в воду из воздуха, с растениями или с грунтом, внесенным из другого аквариума, но их количество еще слишком мало, чтобы справится с аммиачной нагрузкой. До тех пор, пока эти нитрификаторы не размножатся до необходимого количества, в аквариуме будет идти накопление аммиака. По мере разрастания колоний аммиак-окисляющих бактерий концентрация аммиака в воде будет снижаться, но при этом станет возрастать уровень нитритов. Такие всплески (пики) концентраций аммиака и нитритов – характерное явление для  нового аквариума и правильного запуска биосистемы. Появление в аквариуме нитритов создает субстратную базу для существования нитрит-окисляющих бактерий. Их количество будет нарастать пропорционально увеличению концентрации нитритов. Активная деятельность этих нитрификаторов приведет к снижению уровня нитритов и появлению в аквариуме нитратов. 

   В конце концов, наступает момент, когда биомасса бактерий-нитрификаторов 1-го и 2-го порядка, концентрация аммиака/аммония, нитритов и нитратов, а также весь комплекс влияющих на азотный цикл биологических, химических и физических факторов приходит в соответствие с потребностями и возможностями биологичсеской системы аквариума и наступает равновесие – биобаланс. Конечно, для установления биобаланса в целом и каждого из его этапов в частности, требуется время, которое зависит от многих факторов. В среднем, процесс запуска аквариума занимает от 3 до 6 недель. На представленном ниже рисунке показаны примерные сроки достижения пиков концентраций токсических соединений азота и динамика накопления нитратов в новом аквариуме при запуске азотного цикла.

 

https://www.aqvium.ru/aquarium/voda/azotnyi-tsikl

 

 

   Бывают ситуации, когда азотный цикл нарушается и в запущенных аквариумах – такие как, например, использование медикаментов, перекорм, гибель рыбы, подсаживание новых обитателей и др. В этих случаях также могут наблюдаться последовательные всплески концентраций токсических соединений азота (аммиака, нитритов) с их последующим снижением. 

   Колонии бактерий, участвующие в азотном цикле, являются важным звеном в экосистеме аквариума, от которых во многом зависит устойчивость биологического равновесия. Запускаемый аквариум в любом случае будет заселен необходимыми для нитрификации бактериями, которые, как уже отмечалось, переносятся даже с воздухом. Однако в этом случае процесс становления баланса по азотным соединениям может затянуться.  Лучших результатов можно добиться при внесении в грунт небольшого количества ила из аквариума с отлаженным биологическим равновесием, содержащим готовый комплекс нитрифицирующих бактерий.  Подобный эффект оказывается и при внесении в фильтр нового аквариума наполнителя из действующего фильтра давно запущенного аквариума. Бактерии естественным образом заселяют в аквариуме все внутренние поверхности (грунт, элементы оформления, стенки, растения, оборудование), «прилипая» к ним в виде налёта благодаря экзополимерным веществам на своей клеточной стенке и образуя тонкую невидимую плёнку. Чем больше поверхности для расселения колоний, тем выше возможности экосистемы аквариума по переработке аммиака и нитритов. 

   Для ускоренного запуска нового аквариума часто прибегают к помощи сухих препаратов, содержащих высушенные бактерии. В ряде случаев эти препараты на самом деле могут быть полезны (например, сбой биофильтрации от применения в аквариуме некоторых  медикаментов или после длительных отключений электричества), но они не являются гарантом запуска азотного цикла. Дело в том, что большая часть этих препаратов содержит гетеротрофные бактерии, и только некоторые – комплекс автотрофов и гетеротрофов. Как отмечалось выше, настоящими нитрифицирующими бактериями являются именно аутотрофные микроорганизмы, живущие только в богатых кислородом условиях. При  хранении в герметичных упаковках они погибают или «впадают в спячку», надолго теряя активность.  В отличие от гетеротрофных,  эти бактерии, сохраняют жизнеспособность только при определенной технологии их заготовки и строгих условиях хранения.Гетеротрофные бактерии способны перерабатывать токсичные соединения азота, но также перерабатывают и органику, причем в случае присутствия в среде обеих субстратов, выбор делается ими в пользу последней. Содержащиеся в препарате гетеротрофы разложат часть органики, снизив таким образом выработку аммиака/нитрита в аквариуме. Но также они уменьшат и субстратную базу для настоящих аммиак- и нитрит-окисляющих бактерий, снизив тем самым темпы нарастания численности их колоний. И как только прекращается внесение в аквариум препарата, содержащего гетеротрофные бактерии, уровень аммиака и нитритов вновь поползет вверх. Поэтому гарантией стабильного азотного цикла, благополучия гидробионтов и залогом здорового существования всей биосистемы является правильный и неторопливый запуск аквариума, прошедший все этапы и «пики» токсичности и заселенный необходимыми микроорганизмами. 

 

 

Юю (с) 2016