абсолютно все об аквариумистике
в столице Узбекистана:
содержание, кормление, лечение,
разведение самых популярных обитателей аквариумов
на главную страницу сайта
интерактивные консультации
форум аквариумистов
новости
карта сайта
контактная информация
о воде и грунте :: секреты воды

Азотный цикл в аквариуме

Часть вторая

Нитрификация

В процессе разложения, благодаря деятельности бактерий, азот из растительной или животной ткани переходит в неорганический химический аммиак. Аммиак также производится бактериями при расщеплении протеинов. Этот процесс называется минерализация и является конечным результатом метаболизма.
Однако аммиак производится как во время метаболизма, так и во время минерализации.
Распад (минерализация) производит большое количество аммиака (NH3) в процессе аммонификации.
Гетеротрофные микробы (организмы, которым необходимы органический субстрат для извлечения углерода в процессе жизни и развития) потребляют органические соединения разлагающейся ткани как источник углерода. Аммиак (NH3) является при этом побочным продуктом.

аммиачный цикл

Поначалу представлялось, что азотный цикл является законченным линейным процессом, однако более поздние исследования (2008г.) показали, что это не так.
Обнаружено, что в аквариумах протекает еще 3 динамических процесса, и конкретно для морского аквариума:
* Окисление аммония группой микроорганизмов archaeabacteria. Группа включает в себя также и Nitrosopumilus maritimus, которые, между прочим, не контактируют с водой непосредственно. Это хемотрофные бактерии, зависящие от бикарбонатов как от единственного источника углерода, ибо органический углерод тормозит их рост. Эти бактерии преобразуют NH4+ в NO2- (зеленая линия на диаграмме).
* Анаэробное разложение нитратов до аммония Эта реакция протекает в бескислородных донных отложениях. В реакции участвуют бактерии Thioploca и Thiomargarita . Они способны разложить нитрат до нитрита (как промежуточный продукт, синяя линяя на диаграмме) и далее до аммония.
* Анаэробное окисление аммония (Anammox). Бактерии Anammox способны окислять аммоний до газообразного азота (N2), используя нитрит как акцептор электронов, вместо кислорода (красная линия на диаграмме).

Вернемся к традиционным разъяснениям
Аммиак, в своем нейтральном состоянии, существует как аммоний (NH4+). Аммоний образуется благодаря присоединению протона Н+ к молекуле NH3. Во время этого процесса NH3 преобразуется в слабую кислоту (имеющую тенденцию к потере или отдаче иона водорода), называемую кислотой Брёнстеда-Лаури.
Тенденция отдавать ион водорода это как раз тот процесс, благодаря которому NH4 переходит обратно в NH3 при повышении рН. Существуют и другие способы усваивания аммиака.
Растения, такие как роголистник и некоторые водоросли, могут усваивать аммиак и аммоний непосредственно для биосинтеза.
Оставшаяся часть побочных продуктов распада перерабатывается бактериями в процессе нитрификации. К счастью, аммиак не задерживается надолго в здоровом аквариуме.
Нитрифицирующие бактерии Нитрозомонас быстро перерабатывают аммиак в менее токсичный нитрит (No2). Во время этого процесса бактерии отбирают у аммония молекулы водорода как источник энергии. Молекулы кислорода затем присоединяются к водороду, формируя оксид нитрита (NO2).
Следующая группа бактерий, схожая по своей деятельности с Нитробактер, использует энзим нитритоксидазы для превращения нитрита в нитрат (NO3). Нитрат уже может быть использован как растениями в качестве источника питания, так и анаэробными бактериями Псевдомонас, при этом высвобождается газообразный азот (N2).
Стоит отметить, что без кислорода (нитрификация – это процесс окисления), процессы нитрификации происходить не будут.

Кто же это - нитрифицирующие бактерии?

Среди аквариумистов существует масса заблуждений касательно нитрифицирующих бактерий. Скорее всего это происходит из-за того, что на рынок поставляется множество бактериальных добавок, которые по заявлениям производителей, способствуют процессу нитрификации.
Большая часть этой продукции (и, в частности, та, которая представлена в сухом виде) на самом деле содержит культуру гетеротрофных бактерий вида Бацилл, Псведомонас, Эшерехий и еще некоторых других, так как их достаточно легко «фасовать» и хранить в домашних условиях.
Даже продукция известных компаний с качественной герметичной упаковкой (кстати, исключительно для более длительного срока хранения на полках магазинов) содержит культуры факультативных бактерий, выживающих как в бескислородной, так и в кислородной средах.

Аутотрофные бактерии

Запомните, что настоящие, так нужные нам, нитрифицирующие бактерии являются аутотрофными и принадлежат семейству Нитробактер. Они черпают энергию для своей деятельности в процессе химического превращения аммиака в нитрит или нитрита в нитрат.
Аутотрофными являются организмы, производящие сложные органические соединения из простых неорганических молекул.
В качестве энергии им требуются кислород и неорганические (безуглеродные) соединения. В случае с Нитробактер такие источники энергии извлекаются во время химического превращения аммиака в нитрит или нитрита в нитрат.

Аутотрофные аэробные нитрифицирующие бактерии присутствуют повсюду (например в воздухе), где есть кислород и по крайней мере некоторая влажность (за исключением бескислородных сред).
Важно отметить, что, несмотря на свою вездесущность, нитрифицирующие бактерии нельзя просто герметично упаковать в бескислородной среде (они попросту там умирают или входят в такую фазу покоя, для выхода из которой потребуется очень долгий период).
Требуется некоторое время для того, чтобы рассеянная в воздушной среде популяция нитрифицирующих бактерий заселила пруд или аквариум, так что не ждите, что они просто заселят ваш водоем за одну ночь, и даже в просто перезапускаемом аквариуме (будет разъяснено далее) потребуется некоторое время для заселения его бактериями.

Некоторые бактерии, окисляющие аммиак, могут развиться раньше других. После 342 дней аммиачной голодовки бактерии рода N. europaea мгновенно отреагировали на внесение аммиака, как можно заключить из измерений уровня нитритов, даже без предварительного протеинового синтеза.
Эти бактерии, хоть и являются грамотрицательными, тем не менее, как показало мое исследование, также реагируют на грампозитивное воздействие, например эритромицином, и при этом не очень сильно реагируют на грамотрицательные антибиотики, например на канамицин.
Причина такого явного противоречия не ясна, однако есть одно объяснение: биоплёнки (биоплёнка — конгломерат микроорганизмов, расположенных на какой-либо поверхности, и клетки которых прикреплены друг к другу.), благодаря выделению экзополимерных веществ, способны снижать воздействие антибиотиков.
Одним из параметров, выделенных в результате исследований, оказался тот факт, что возраст биоплёнки имеет прямое отношение к способности снижать проникновение антибиотиков.
В дополнение ко всему, любая одна биопленка может снизить определенный тип антибиотика, в то время как другая биопленка не продемонстрирует схожий эффект.
По этой причине, аквариумисты должны быть осторожны в применении в аквариуме грампозитивных лекарственных средств, таких как эритромицин (марацин), ампициллин или пенициллин.
Я также обнаружил, что тетрациклин гидрохлорид тоже подавляет нитрифицирующие бактерии.

Цитата с сайта thekrib.com (http://www.thekrib.com/Plants/Algae/cyanobacteria.html):
«Несмотря на то, что инструкция к препарату утверждает, что марацин не оказывает воздействия на бактерии Нитрозомонас и Нитробактер, был сразу же замечен всплеск уровня аммиака. Об уменьшении количества нитрифицирующих бактерий после применения эритромицина также докладывалось ранее на форуме».

Еще один интересный момент по этим бактериям, как я вижу, заключается в том, что, несмотря на то, что большинство аквариумных болезней вызываются грамотрицательными возбудителями (например Вибриоз/плавниковая гниль, Колумнарис, различные язвенные Псевдомонас, Аэромонас), однако в результате лечения антибиотиками типа канамицина и нитрофуразона (которые четко грамотрицательны) при корректном применении процессы нитрификации в аквариуме не нарушаются.
Несмотря на некоторые анекдотичные комментарии, часто применяемые при лечении ихтиофтириоза малахитовый зеленый и медный купорос НЕ оказывают воздействия на нитрифицирующие бактерии.

В пресноводном и морском аквариумах присутствуют бактерии, окисляющие и аммиак (АОБ), и нитриты (НОБ):
* Относящиеся к Нитрозомонас, среди которых N.Europea является самой распространенной (морс.вода),
* Nitrosococcus (морск.вода),
* Относящиеся к Нитроспира, среди которых N.Marina и N.Moscoviensis являются самыми распространенными АОБ и НОБ (пресн.вода),
* Nitrosococcus Mobilis (морск.вода, НОБ),
* Нитроспина (морск.вода, НОБ)
Морские нитрифицирующие бактерии отличаются от живущих в пресной воде, но при этом они имеют родство.

Гетеротрофные бактерии

Гетеротрофным бактериям необходима органическая подложка для извлечения из нее углерода и дальнейшего роста. Некоторые из этих бактерий строго аэробны, но многие и факультативно-анаэробны (могут выживать как в присутствии, так и отсутствии кислорода).
Гетеротрофные бактерии также присутствуют во многих товарах аквариумной или прудовой химии. Эти бактерии могут быть как грампозитивными (например Bacillus), так и грамотрицательными (например Псевдомонас).
Как следствие, если взять в качестве примера Псевдомонас, применение в аквариуме таких грамотрицательных средств, как Канамицин, окажет сильное негативное воздействие на Псевдомонас, но при этом не затронет аутотрофных нитрифицирующих бактерий.
Еще один фактор, заслуживающий внимания – темп роста колоний бактерий. Именно по этой причине производители так любят использовать гетеротрофные бактерии в качестве основной составляющей их товаров для быстрого запуска аквариума.
Ааутотрофные нитрифицирующие бактерии удваивают свою популяцию каждые 15-24 часа при благоприятных условиях. В свою очередь, гетеротрофные бактерии способны воспроизводиться каждые 15-60 минут.
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 и из других органических соединений.
Использование только гетеротрофных бактерий при запуске азотного цикла в аквариуме или пруде приведет к созданию среды, не содержащей должного количества аутотрофных нитрифицирующих бактерий и неспособной быстро адаптироваться к резко возросшей бионагрузке, будь то новая рыба или другие загрязнения, что приведет к резким скачкам содержания аммиака или нитритов.
Справиться с этим можно, лишь постоянно добавляя в воду средства для запуска с гетеротрофными бактериями, став их заложником. Еще одним недостатком такой среды является постоянное помутнение воды.
По этой причине мы считаем, что использование средств, содержащих только гетеротрофные бактерии, таких как «Hagen Cycle» или популярный грунт «Eco-complete», нежелательно в некоторых аквариумах.
При этом стоит отметить, что добавление в здоровый аквариум грунта «Eco-complete» наверняка не окажет влияния на биофильтр, но если вдруг после добавления такого грунта в аквариуме также была увеличена и бионагрузка, то это наверняка вызовет помутнение воды и скачок содержания аммиака.

Низкий рН и нитрификация (Важно!)

Также следует отметить, что рН влияет на бактерии, задействованные в процессе нитрификации. Нитрификация, протекающая с участием АОБ и НОБ, имеет различные темпы при уровнях рН ниже 6.0 и выше 7.0.
Токсичный аммиак (NH3) сам превращается в аммоний (нетоксичный NH4) при рН ниже 6.0 и также аммоний сам переходит обратно в токсичный NH3 при рН выше 7.0.
Важно: темп нитрификации быстро снижается с повышением рН от уровней ниже 6.0 до 7.0 и более, до определенного момента, после которого происходит как бы перезапуск/самовосстановление темпов нитрификации, но уже при повышенном значении рН. Механизмы взаимосвязи темпов нитрификации от рН еще до конца не изучены.

Привожу краткую цитату из статьи «Высокие темпы нитрификации при низком рН в биомасс-реакторах разного типа» (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC525248/): «кормовая добавка содержала только неорганические соли без какого-либо непосредственного органического субстрата для поддержания существенного гетеротрофного роста».

Я использовал эту статью и цитату для того, чтобы подчеркнуть, что изменение состояния гетеротрофных бактерий вместе с ответным изменением редокса, либо отсутствием такового (при рН ниже 6.0 среда считается очень окисляющей, в которой практически не протекают процессы восстановления) должно означать, что среда в водоеме является неблагоприятной. И также, адаптация у аутотрофных бактерий может проходить аналогичным образом, и это объясняет прерывание нитрификации при изменении рН и при превращениях NH3 и NH4.
Так как типичная аквариумная среда всегда содержит гетеротрофные бактерии, а в наших исследованиях мы блокировали их с помощью хлорида аммония (нашатырь), то можно заключить, что гетеротрофные бактерии отчасти являются причиной взаимосвязи между темпами нитрификации и изменением рН.
В процессе нитрификации карбонаты в аквариуме или пруде противодействуют кислотам, которые образуются во время нитрификации или прочего разложения органики. Поэтому без учитывающего это обстоятельство уровня КН, даже если вы содержите таких обитателей из бассейна Амазонки, как дискусы или микрогеофагусы Рамирези, могут произойти незначительные изменения рН, которые при этом, однако, повлияют на азотный цикл.
По этой причине весьма рискованно поддерживать пониженные уровни рН/КН, так как простая подмена воды с незначительно повышенным рН может привести к моментальному переходу аммония (NH4) в смертельный аммиак (NH3) с катастрофическими последствиями.
Пониженный рН и слабая нитрифицирующая среда способствуют развитию патогенных грибов/сапролегнии и подавленному редокс-балансу.
Еще одно наблюдение: в успешно запущенных аквариумах с различными типами фильтрации (а именно с донным фильтром, канистровым внешним, подвесным, просто губковым, песочным) или с их комбинацией добавление эритромицина привело к полной остановке нитрификации в фильтрах на целую неделю.
Стоит отметить, что дольше всего лекарству «сопротивлялись» песочный, канистровый и просто губковый фильтры, и они же быстрее остальных восстановили свою работу (под губковым, или sponge filter, возможно, имеется в виду эрлифтный фильтр).

Несколько ключевых моментов по аммиаку

* Аммиак в форме токсичного NH3 присутствует в аквариумах благодаря загрязнениям (животного или растительного происхождения) и сам же превращается в менее токсичный NH4 при рН около 6.4 или ниже.

* Симптомы отравления аммиаком часто проявляются в виде болезней, так как позволяют бактериям возбудителям, таким как аэромонас, захватить организм на фоне сниженного иммунитета из-за стресса, вызванного отравлением аммиаком.
Также острым симптомом такого отравления является учащенное дыхание (часто ближе к поверхности воды), выступающие и неестественно покрасневшие жабры.
Длительное нахождение в среде даже с низким уровнем аммиака или нитритов может привести к разрушению плавников и потере цвета.
Аквариумисты, лечащие гниение плавников и другие болезни, должны в первую очередь обратить внимание на то, что причиной проблемы может быть как непосредственное отравление аммиаком, так и последствием такого отравления в прошлом.
Лечение, как и добавление лекарств, не учитывающее этого, может не принести результата или даже усугубить положение дел (применение средств, снижающих уровень аммиака оправдано как временная и срочная мера).

* Перемешивание воды может способствовать испарению ионов аммиака, но не настолько быстро, чтобы на него стоило обратить внимание для поддержания здоровой среды в аквариуме.
Аммиак, о котором мы ведем здесь речь, не должен быть перепутан с карбонатом аммония, используемым в быту, и который достаточно быстро испаряется.
Также не следует проводить аналогии с системами охлаждения, в которых безводный аммиак нагревается для испарения и конденсируется для охлаждения.

* Токсичный аммиак NH3 может быть удален из аквариума или переведен в нетоксичную форму с помощью таких средств, как Prime, Ammo lock, Amquel, но только как срочное и временное средство.

* Уровень аммиака 0.25 ррм и до 0.05 ррм НОРМАЛЕН для здорового аквариума с запущенным азотным циклом в связи с естественными колебаниями бионагрузки аквариума. Это связано с тем, что аутотрофные бактерии не мгновенно реагируют на изменения в содержании загрязнений в столбе воды.

Конец второй части

обратно
часть №1
часть №3
часть №4
часть №5
важная информация для начинающих
полезные советы
сайт на узбекском языке
новости
интерактивные консультации
доска объявлений
форум аквариумистов
фотогалерея
каталог зоосайтов
архив материалов
выбор аквариума и оборудования
аквариум в офисе
аквариум в доме
освещение аквариума
компрессоры
фильтрация воды
биофильтры
аквариумное оборудование
обслуживание аквариума
секреты воды
свежая вода
уход за водой
о грунте
выбор грунта
уход за грунтом
подбор рыб
в малый аквариум
в средний аквариум
в большой аквариум
виды рыб
водные животные в аквариуме
моллюски - улитки
земноводные - лягушки, черепахи, тритоны
ракообразные - раки, креветки, крабы
разведение рыб
подготовка воды
подготовка нерестового аквариума
общие рекомендации
болезни рыб
неоптимальный температурный режим
отравления
кислородное голодание
несбалансированное кормление
бактериозы
грибки
инвазионные заболевания
корма и кормление рыб
корма, добытые в природе
корма, культивируемые в домашних условиях
растительные корма
сухие корма и кормосмеси
общие рекомендации
аквариумные растения
выбор растений
содержание
болезни
общие рекомендации
карта сайта
контактная информация
Ташкентский аквариумный сайт © 2008-2018 Rambler's Top100 Яндекс.Метрика