Азотний цикл в акваріумі

Азотний цикл, Синдром нового акваріума

В акваріумі, як і в будь-який інший складної екосистемі, відбувається постійне накопичення і подальше перетворення одних органічних сполук в інші – круговорот, що забезпечує біологічне рівновагу. Невід’ємною частиною цього кругообігу речовин є азотний цикл – природний процес перетворення отруйного аміаку в більш безпечні з’єднання нітрити (NO2) і нітрати (NO3), які в свою чергу використовуються рослинами для росту.

Звідки з’являється аміак в акваріумі?

Ще зі шкільних уроків біології відомо, що живі організми при диханні поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ. Акваріумні рибки не виняток, проте крім нешкідливого вуглекислого газу вони виділяють ще й аміак, який не тільки отруйний, але і прекрасно розчиняється в воді. Крім того, аміак утворюється також в результаті розкладання екскрементів, що не з’їдених залишків їжі, фрагментів рослин і т. Д.

Азотний цикл в акваріумі, етапи протікання

«Синдром нового акваріума»

У літературі з акваріумістики і спеціалізованих сайтах азотний цикл часто згадують в контексті запуску нового акваріума і використовують як синонім словосполучення «синдром нового акваріума», що не зовсім коректно, тому що перетворення аміаку в нітрити відбувається постійно і в зрілих екосистемах.
Однак, особливість нового акваріума в тому, що він ще не має усталеної екологічної системи і в міру її становлення неминучі сплески концентрації аміаку та інших азотистих сполук, які надають згубний вплив на все живе. Саме ці піки концентрацій і маються на увазі під «синдромом нового акваріума», чого не спостерігається в зрілих акваріумах.

У нових акваріумах виділяють три послідовні фази високої концентрації сполук азоту:

Перша фаза: в перші дні функціонування нового акваріума відбувається підвищення вмісту аміаку (NH3) і його похідних – амонію (NH4 +). Вода набуває відповідний запах і стає злегка мутною.

Друга фаза: зміст надзвичайно отруйного аміаку та амонію викликає зростання колонії бактерій, що переробляють аміак в більш безпечні, але все ж отруйні нітрити (NO2). Відбувається зменшення концентрації аміаку та амонію за рахунок підвищення вмісту нітритів (NO2).

Третя фаза: підвищена концентрація нітритів (NO2) провокує зростання інший колонії бактерій, які переробляють нітрити (NO2) у відносно безпечні нітрати (NO3). На другу третій тиждень процес завершується, вода набуває природний прозорий колір, запах зникає. З цього моменту можна заселяти рибок.

Фази високої концентрації сполук азоту в акваріумі

Колонії корисних бактерій, які беруть участь в азотному циклі, є важливою ланкою в екосистемі акваріума, від яких багато в чому залежить стійкість біологічної рівноваги. Бактерії природним чином населяють всі внутрішні поверхні в акваріумі (елементи оформлення, грунт, обладнання), утворюючи тонку невидиму плівку. Розмір колонії можна суттєво збільшити, якщо використовувати біологічного фільтр, тим самим підвищивши можливості екосистеми акваріума з переробки аміаку і нітритів.

Для вимірювань вмісту аміаку, нітритів і нітратів застосовуються спеціальні тести, які можна придбати в спеціалізованих зоомагазинах і інтернет-магазинах. Проведення періодичних замірів води за допомогою тестів (1 раз в 3-4 дня) дозволять вчасно помітити підвищення концентрації сполук азоту і вжити відповідних заходів. Найбільш ефективним засобом профілактики є щотижнева часткова підміна води на свіжу.

Азотний цикл в акваріумі

Азотний цикл в акваріумі – що це?

Інформація про азотному циклі в акваріумі, яку ми опишемо нижче, багатьом може здатися нудною. Але на нашу думку, знайомство з нею необхідно для підтримки акваріума в хорошому стані. Зміни, що відбуваються в резервуарі, називаються біологічним циклом, процесом нітрифікації або синдромом нового резервуару. Всі ці назви відносяться до одного явища – азотному циклу.

Азотний цикл в акваріумі заснований на розвитку корисних бактерій, які допомагають у перетворенні аміаку в нітрит, а потім в нітрит в нітрати, які нешкідливі для риб, якщо вони знаходяться в невеликій концентрації.

Основи азотного циклу

Процес видалення шкідливих речовин в новому акваріумі займає від 2 тижнів до 2 місяців. Акваріумісти дуже часто роблять помилку, випускаючи рибу в акваріум відразу після установки акваріума. Оскільки в ньому немає нитрифицирующих бактерій, кількість отруйних сполук швидко зростає, і може статися загибель.
Кращий спосіб слідувати азотному циклу – це купити тести, які перевірять рівень аміаку, нітратів, нітритів і pH води.

Стадії азотного циклу

Стадія 1
Аміак з’являється в воді разом з екскрементами риби і недоїденою їжі або культур, які використовуються для її інокуляції. Відстій і надлишок їжі перетворюються в сполуки азоту NH4 і NH3, що розрізняються числом атомів водню. Амоній (NH4) не шкідливий для риб, тоді як ця дія надає NH3. Які сполуки будуть виникати в акваріумі, залежить від рН води. Якщо pH є основним, утворюється амоній. Якщо pH кислий, утворюється аміак, тому варто відстежувати цей параметр води.

Стадія 2
Починають розвиватися анаеробні бактерії Nitrosomonas, які окислюють аміак в резервуарі і знищують його. Багато хто думає, що фільтр призначений для механічного очищення води, але це тільки одна з його функцій. Набагато важливішим є той факт, що це місце існування для бактерій, які розщеплюють аміак. З цієї причини не можна промивати картридж фільтра в гарячій воді (рекомендується промити його водою з акваріума) або вимкнути фільтр більш ніж на 2 години. Побічним продуктом цього процесу є нітрити, з якими нам також доводиться мати справу. Вони так само отруйні для риби, як і аміак.

Стадія 3 В
колекції розвиваються бактерії Nitrobacter, які перетворюють нітрити в нітрати. Вони небезпечні для риб, коли вони у високій концентрації. Найпростіший спосіб зменшити кількість цих сполук – це часткова заміна води. Варто регулярно перевіряти кількість нітратів у воді і, при необхідності, вносити зміни в воду. Бактерії Nitrobacter з’являються в акваріумі спонтанно, але ви можете прискорити процес, купивши відповідні бактеріальні культури в акваріумі.

Як знизити рівень азотистих сполук в акваріумі?

• Регулярно перевіряйте рівень цих речовин! Для цього рекомендується придбати тестовий набір. Якщо ми не знаємо, який рівень азотних сполук, ми не зможемо його знизити.
• Заміна води. Акваріумні фільтри не знижують вміст нітратів, тому ви повинні замінювати близько 10-25% води щотижня. • Вибравши правильний фільтр. В акваріумах ми часто стикаємося з невеликими внутрішніми або зовнішніми фільтрами, які не можуть забезпечити адекватний біологічний баланс. Краще рішення – купити фільтр більшого розміру і, можливо, знизити швидкість потоку води, якщо він занадто сильно переміщається. Найважливішу роль в фільтрі грають поверхню фільтруючих середовищ і їх властивості, а також вже згадувана продуктивність (л / год). •

Видалення бруду з дна резервуара – для цього ви можете використовувати збір. Важливо позбутися від мертвої риби і рослинного сміття з акваріума, який отруїть акваріум при їх розкладанні.
• Без руйнування акваріума – чим більше риби, тим більше ризик того, що кількість шкідливих речовин в акваріумі різко зросте.
• Посадка рослин та забезпечення їх належним освітленням і умовами, завдяки яким кількість азотних сполук зменшиться.

Азотний цикл в акваріумі значно простіше того, що відбувається в природі. Це всього лише маленька його частина і зазвичай зовсім не цикл, а простий ланцюжок перетворень азотистих речовин, але зате яка вона важлива!

В ході аквариумного азотного циклу відбувається окислення аміаку – нітрифікація, яка здійснюється спеціальними бактеріями-нитрификаторов . Сам по собі аміак (NH ₃ ) і його іонізована форма – амоній (NH ₄ +) 1) стійкі хімічні сполуки. У воді акваріума вони мимоволі не руйнуються і не окислюються. Справитися з ними можуть тільки ферментні системи особливих нитрифицирующих бактерій, які окисляя аміак, отримують енергію.
Звідки в акваріумі аміак? Його виділяють риби. Аміак є кінцевим продуктом азотистого обміну риб. Азот входить до складу білків, тому, чим більше білка в кормі, який Ви даєте своїм рибкам, тим більше, в кінцевому підсумку, вони виділять аміаку. Ще одним джерелом аміаку в акваріумі є нез’їдені залишки корму, померлі мешканці акваріума і відмирають частини рослин. Гетеротрофні аммоніфіцірующіе бактерії здійснюють їх мінералізацію (розкладання складних органічних молекул до простих неорганічних). Одним з кінцевих продуктів цього процесу є аміак.
Таким чином, саме бактерії: руйнують органіку гетеротрофи і окислюють аміак нітріфікатори – є виконавцями дуже важливою для благополуччя акваріума частини азотного циклу.
Аміак дуже шкідливий для риб і повинен віддалятися з акваріумний води або бути окисленим якомога швидше, інакше риби отруяться. У нормально працюючому (як кажуть акваріумісти «запущеному») акваріумі так все і відбувається (див. Рис.2).

Перший етап нітрифікації. Бактерії-нітріфікатори живуть в основному на наповнювачах фільтра (в найпростішому випадку на губці фільтра) і в грунті, і саме вони розправляються з аміаком, окислюючи його до нітрит-іона. Для того, щоб процес окислення відбувався швидко необхідне виконання наступних умов:

• ці бактерії повинні бути численними, отже, фільтруючих матеріалів в фільтрі має бути досить багато;
• в акваріумі повинна бути налагоджена хороша циркуляція води (прокачується обсяг через наповнювачі фільтра – не менше трьох обсягів акваріума в годину, + течія в придонному зоні над грунтом);
• вода в акваріумі повинна містити достатню кількість кисню (не менше 4 мг / л);
• вода повинна бути теплою, оптимальна температура для процесу нітрифікації лежить в інтервалі 25 – 30 ° С;
• не можна допускати різкого зниження температури води більш ніж на 2 ° С, так як це призводить до тимчасової температурної інактивації процесу нітрифікації;
• показник рН повинен бути не нижче 6,5 і не вище 8,5 (оптимальні значення рН лежать в інтервалі 7,1 – 7,8).

Перший етап процесу нітрифікації описується наступним рівнянням:
2 NH ₃ + 3 O ₂ → 2 NO ₂ – + 2H + + 2H ₂ O

Другий етап нітрифікації. Перераховані вище умови необхідні і для виконання другого етапу нітрифікації – окислювання нітритів до нітратів:
2 NO ₂ – + O ₂ → 2 NO ₃ –

Цей етап також здійснюється бактеріями, але це бактерії інших видів 2) . Аквариумисту треба знати, що вони примхливі, ніж бактерії, задіяні на першому етапі. Занадто велика підміна води, додавання в воду акваріума ліків, ретельна промивка губки і інших наповнювачів фільтра, сифонка грунту, а також висока концентрація аміаку пригнічує їх активність. В результаті у воді акваріума зростає концентрація нітрит-іонів. А це дуже шкідливо для рибок, так як нітрити ще більш токсична, ніж амоній. Бактерії-нітріфікатори другого етапу завжди повинні бути в доброму здоров’ї інакше нітритні отруєння риб будуть неминучими.

Підсумкове рівняння окислення аміаку до нітрат-іона виглядає так:
NH ₃ + 2 O ₂ → NO ₃ – + H + + H ₂ O
Якщо обидва етапи процесу нітрифікації (найважливіші ланки азотного циклу) проходять в акваріумі належним чином, то акваріумні тести не будуть визначати ні аміаку, ні нітритів і саме до таких показників необхідно прагнути.
Рибки деякий час (кілька днів) можуть пережити підвищені концентрації аміаку і нітритів …., Але тільки деякий час (і не всі), за яке акваріуміст повинен вжити всіх заходів, щоб знизити вміст цих небезпечних речовин, зменшити їх токсичність, налагодити нітрифікацію в акваріумі (як кажуть «запустити акваріум»).

Як випливає з наведених вище хімічних рівнянь, кінцевими продуктами нітрифікації є нітрат-іони і іони водню.

По суті справи в акваріумі з аміаку в ході азотного циклу утворюється азотна кислота.

Іони водню разом з формуванням зменшують карбонатні жорсткість води, що в ємностях з м’якою водою призводить до помітного зниження показника рН. Цей ефект добре знайомий пітерським аквариумистам, в акваріумах яких невська вода (KH = 1-2, GH = 3). Якщо грунт в акваріумі не містить карбонатів (НЕ фонить), то рН може опуститися до значення 6,0 і нижче. Таке падіння практично повністю припиняє нітрифікацію, так як інтенсивність цього процесу сильно залежить від значення активної реакції води: оптимум для першого етапу в прісноводому акваріумі – 7,8, для другого – 7,1 3) . Ситуація може бути виправлена додаванням до грунту невеликої кількості коралової крихти – 200 г на столітровий акваріум або розміщенням коралової крихти в одному з лотків зовнішнього фільтра.

Утворені в ході азотного циклу в акваріумі нітрат-іони значно менш токсичні в порівнянні з аміаком і нітритами. Якщо допустимої сумарної концентрацією аміаку / амонію (NH ₃ / NH ₄+) При рНЕстественний шлях видалення нітратів – це поглинання їх водоростями. Але, щоб цей процес був помітний, рослин в акваріумі має бути дійсно багато і вони повинні добре себе почувати, що, в першу чергу, залежить від відповідного освітлення. Поглинання нітрат-іонів рослинами є наступною ланкою азотного циклу. Очевидно, що в акваріумі з невеликою кількістю рослин або з повільно зростаючими рослинами, такими як, наприклад, анубіаси роль цієї ланки вкрай незначна. Ну а в акваріумі з пластмасовими імітаціями наших «зелених друзів» ця ланка і зовсім відсутня. Подумайте про це, якщо вирішили «засадити» акваріум пластмасою, щоб не «париться» з живими рослинами.

Нітрат-іони віддаляються з води акваріума також і в процесі денітрифікації.Певні види бактерій в анаеробних умовах (наприклад, в глибині грунту, укладеного товстим шаром) можуть використовувати входить до складу в нітрат-іонів кисень для окислення органічних речовин. Сам по собі цей процес в прісноводому акваріумі запускається далеко не просто і може призвести не до утворення нешкідливих молекул азоту, які відлітають з акваріума, а до зростання концентрації високотоксичних нітритів, що дуже небезпечно. Загалом, ігри з денітрифікацією не для початківців акваріумістів. Втім, фірми TETRA і DENNERLE створили ряд інноваційних продуктів, що дозволяють запустити безпечну (за твердженнями виробників) денітрифікацію навіть недосвідченому аквариумисту-початківцю. Однак, до цього часу вони не здобули помітною популярністю. Швидше за все, з тієї причини, що нітратів в середньостатистичному акваріумі утворюється набагато більше,

Ще одним способом видалення нітрат-іонів є використання спеціальних поглиначів (іонообмінних матеріалів), які поміщаються в спеціальну сітку і закладаються у зовнішній фільтр. Поглинання ними нітратів не є ланкою природного азотного циклу в акваріумі, однак це хороший спосіб без праці, але, правда, з витратою чималих грошей, від нітрат-іонів позбутися. В цілому ряді випадком, наприклад, в акваріумах з щільним населенням з малавійських цихлид, використання сорбентів необхідно, інакше доведеться підмінювати воду кілька разів на тиждень.

Ось ми і дійшли до найважливішого способу видалення нітрат-іонів з акваріума – це підміна води. Насправді без неї ніяк не обійтися, скільки б препаратів для ледачих не вигадували акваріумні фірми. Чому не обійтися – розказано в іншій статті, так як це окрема самостійна і велика тема. Тут же відзначимо, що головним ланкою азотного циклу в акваріумі є сам акваріуміст , який просто виливає з акваріума частина занітраченной води і заливає туди нову, вільну від нітратів, тим самим цей цикл розриваючи.

Однак, повернемося до природної біологічної складової азотного циклу в акваріумі. Нагадаємо, що він здійснюється за допомогою особливих бактерій і цих бактерій при запуску нового акваріума або перезапуску старого необхідно в акваріум поселити. Вони продаються в акваріумних магазинах в складі спеціальних препаратів, призначених для запуску процесів нітрифікації в акваріумі. А чи можна обійтися без них, адже на теперішній час стоять вони зовсім не дешево? Виявляється можна, але цей секрет розкритий на іншій сторінці Акваріумка.

Розповідаючи про азотному циклі в акваріумі, хочу ще раз звернути увагу акваріумістів, що корисні бактерії – це далеко не тільки одні нітріфікатори. Крім них в акваріумі повинні оселитися бактерії-гетеротрофи. Це вони розкладають органічні речовини (залишки корму і відмирають частини рослин, загиблих тварин – див. Рис. 2) до мінеральних складових: аміаку, сульфатів, фосфатів. Ці бактерії всюдисущі і, як правило, заводяться в акваріумі самі. Але! Важливо, щоб оселилися правильні бактерії, ті, що роблять воду акваріума кристально прозорою. І живуть вони, знову ж таки, в грунті і на фільтруючих матеріалах, а ми вже знаємо і пам’ятаємо, що до грунту і наповнювачів фільтра треба ставитися дбайливо.
У новому акваріумі, або в старому після його генеральної чистки, коли був ретельно просифонить весь грунт і начисто відмиті або замінені наповнювачі фільтра, можуть оселитися і неправильні гетеротрофні бактерії.

Вони парять у воді і, розмножуючись в величезних кількостях, роблять її неприємно каламутній. На жаль, таке відбувається досить часто. Усунути цю муть можна підливаючи в акваріум препарат з правильними бактеріями. І ось тут треба уникнути плутанини. Вносячи в акваріум загальновідомі препарати з бактеріями-нитрификаторов з каламуттю не впоратися. А саме так найчастіше і надходять, забуваючи, що функція нитрификаторов – здійснювати лише дві ланки азотного циклу – окисляти аміак і нітрит-іони. З каламуттю ж повинні боротися зовсім інші бактерії-гетеротрофи, які, оселившись в грунті і в фільтрі, позбавлять харчування ширяють у воді бактерій. У продажу є препарати з такими бактеріями і плутати їх із засобами для запуску азотного циклу ніяк не можна!

У висновку цього матеріалу відповім на один дуже популярне питання, яке тепер все частіше чую від початківців акваріумістів:
– Я обладнав свій акваріум відразу двома потужними зовнішніми фільтрами, вони добре очищають воду, вона чиста і прозора, навіщо ж мені робити підміни, раз фільтри працюють відмінно?
Сподіваюся, що ті, хто прочитав цю статтю від початку до кінця, без праці дадуть правильну відповідь. Але про всяк випадок: ці два «внешника» відмінно переводять аміак / амоній в нітрати, ну а далі в справу повинен вступати сам акваріуміст, щоб за допомогою регулярних підмін води оні нітрати з акваріума видаляти, згадаємо, хто насправді є найважливішою ланкою азотного циклу в акваріумі?

1) Детально про аміаку і амонії, про небезпечні для риб концентраціях цих з’єднань і про співвідношення концентрацій аміаку та амонію в залежності від температури води і величини показника рН в акваріумі розказано в спеціальній статті.
Назад до тексту

2) Видовий склад нитрифицирующих бактерій, що беруть участь в першому і другому етапах нітрифікації постійно розширюється і уточнюється. Аквариумисту немає необхідності знати їх латинські назви, так фірми-виробники на препаратах з нітріфіцірующімі бактеріями не вказують їх назви. Але для допитливих перерахую основні види:
перший етап – Nitrosomonas europaea, Nitrosospira briensis, Nitrosovibrio tenuis
другий етап – Nitrobacter winogradskyi, Nitrospira sp.