Przejdź do sklepu Trzmiel.com.pl 
Część 1. Cykl azotowy
Czyste i zadbane akwarium, ze zdrowymi, pięknymi rybami i zielonymi roślinami to cel każdego akwarysty. Dla wielu z nich, szczególnie rozpoczynających przygodę z tym hobby, pojęcie „czyste i zadbane akwarium” kojarzy się tylko z klarowną wodą, pozbawioną zanieczyszczeń widocznych gołym okiem. Jednak woda to o wiele bardziej skomplikowane środowisko, niż może się wydawać. Jako doskonały rozpuszczalnik zawiera w sobie wiele różnych substancji chemicznych, z których część może być szkodliwa. Dlatego tak ważne jest poznanie choć niektórych związków chemicznych znajdujących się w wodzie i konsekwencji ich występowania oraz naturalnych przemian dokonujących się w zbiorniku. A jednym z najważniejszych procesów zachodzących w akwarium z punktu widzenia akwarysty jest cykl azotowy.
Co to jest cykl azotowy?
Z tym terminem prędzej czy później spotyka się prawie każdy hobbysta. Mówi o nim sprzedawca w sklepie, dyskutuje się o tym na forach i grupach internetowych, można również o tym przeczytać w artykułach, książkach i na stronach internetowych. Jednak często są to tylko pobieżne informacje, natomiast ja chciałbym jak najdokładniej rozwinąć ten temat.
Cykl azotowy to na dobrą sprawę nie tylko procesy zachodzące w akwarium. Termin ten obejmuje całościowy obieg azotu w przyrodzie. Przebiega on zarówno na lądzie, jak i w wodzie, co więcej, poszczególne jego etapy zachodzą w różnych miejscach. Azot sam w sobie to pierwiastek będący składnikiem powietrza. Atmosfera ziemska składa się w 78% z azotu, głównie w postaci cząsteczkowej N2. Natomiast w komórkach każdego organizmu na naszej planecie znajduje się azot pod różnymi postaciami, czy to kwasów nukleinowych tworzących DNA i RNA, czy aminokwasów budujących białka, enzymy i inne. Jednak azot cząsteczkowy nie jest dostępny dla organizmów wyższych. Musi on ulec przemianom w bardziej złożone związki za sprawą najprostszych organizmów na Ziemi – bakterii. Najważniejszą grupą tych mikroorganizmów są bakterie azotowe, zwane inaczej diazotroficznymi. Są to mikroby, często żyjące w symbiozie z roślinami, które wiążą azot atmosferyczny i łączą go z wodorem, tworząc m.in. amoniak i glutaminę. Te zaś stanowią źródło azotu dostępnego dla roślin, który zostaje wbudowany w ich komórki. Gdy rośliny są zjadane przez zwierzęta, wtedy azot trafia do ich organizmów. Zwierzęta wydalają azot przez nerki i w odchodach, a azot w nich zawarty zostaje rozłożony do postaci amoniaku lub azotynów i azotanów przez grzyby i inne rodzaje bakterii. W ten sposób na lądzie cykl się zamyka. W wodzie cykl ten wygląda jednak trochę inaczej. Na lądzie często mamy do czynienia z niedoborem azotu, dlatego też gleby nierzadko wymagają nawożenia. Natomiast w wodzie często azotu jest w nadmiarze. Rozpuszczalność azotu cząsteczkowego w wodzie jest znikoma, występuje w niej głównie amoniak oraz azot w formie jonów azotynowych i azotanowych. Pochodzi on z dwóch źródeł: z rozkładu materii organicznej oraz procesów wydalniczych zwierząt wodnych.
1. Amonifikacja i inne źródła amoniaku
Ryby i bezkręgowce wodne pozbywają się nadmiaru azotu w postaci amoniaku i jest to jego źródło bezpośrednie. Natomiast pierwszym etapem cyklu azotowego jest amonifikacja. Bakterie amonifikujące rozkładają duże związki organiczne pochodzące z osadów dennych – takie jak odchody, resztki pokarmu, fragmenty roślin i martwe zwierzęta – do amoniaku. NH3 to najprostszy związek azotu, jednak jest on bardzo toksyczny. Już przy stężeniu 1 mg/l powoduje śmiertelne zagrożenie dla organizmów wodnych, przy czym do zatrucia dochodzi w bardzo krótkim czasie. Stanowi on szczególne niebezpieczeństwo w wodzie o pH powyżej 7, gdzie występuje głównie w postaci niezjonizowanej. W wodach kwaśnych ulega dysocjacji do jonu amonowego NH4+, który jest kilkadziesiąt razy mniej toksyczny niż amoniak. Amoniak jako prosta cząsteczka jest łatwo wykorzystywany przez rośliny i stanowi dobre źródło azotu, jednak przy wyższych stężeniach (powyżej 2,5 mg/l) także i dla nich staje się toksyczny. Jedynie glony są odporne na wysokie stężenia NH3 i wykorzystują go bez problemu w procesach życiowych.
2. Nitryfikacja
Drugim etapem przemian związków azotowych w wodzie jest nitryfikacja. Bakterie nitryfikacyjne pobierają ze środowiska amoniak i przerabiają go na azotyny, a azotyny zmieniają w azotany, przetwarzając je przy udziale tlenu. Amoniak i azotyny są dla nich źródłem azotu oraz energii. Mikroorganizmy te prowadzą osiadły tryb życia, zasiedlając przeróżne powierzchnie: podłoże, rośliny, skały, korzenie i tym podobne. Jednak w warunkach akwariowych optymalne siedlisko życia bakterie te znajdują na powierzchni specjalistycznych, wysokoporowatych wkładów biologicznych umieszczanych w filtrach. W mniejszym stopniu zasiedlają one także gąbki filtrów. Nitryfikacja to proces dwuetapowy.
Pierwszy etap to zmiana NH3 w NO2–. Azotyny w porównaniu z amoniakiem są kilkukrotnie mniej toksyczne, jednak w dalszym ciągu stanowią niebezpieczeństwo dla ryb i innych zwierząt wodnych. Rośliny korzystają także i z azotynów, więc są dla nas sprzymierzeńcem w walce z redukcją tego związku w wodzie. Jednak zdecydowaną większość amoniaku przetwarzają bakterie nitryfikacyjne pierwszego etapu, czyli nitrozobakterie należące do kilku rodzajów. Najważniejsze z nich to Nitrosococcus i Nitrosomonas. Utleniają one jon amonowy, produkując jon azotynowy, wodę i jon wodorowy. Efektem ubocznym nitryfikacji tego etapu jest lekkie obniżenie odczynu wody.
Drugim etapem nitryfikacji jest przemiana NO2– w NO3–. Azotany to najmniej toksyczny związek azotu występujący w wodzie. Jego toksyczność jest kilkadziesiąt razy mniejsza niż azotynów. Jest on także dobrym źródłem azotu dla roślin. Jednak, tak jak w przypadku pierwszego etapu, głównym konsumentem azotynów są bakterie nitryfikacyjne – tym razem są to nitrobakterie. Najbardziej znane rodzaje z tej grupy to Nitrococcus i Nitrobacter. Dołączają one do jonu azotynowego atom tlenu, tworząc jon azotanowy i jednocześnie produkując niezbędną dla swojego życia energię.
Jak widać, każdy z tych etapów wymaga obecności tlenu, dlatego też tak ważne jest odpowiednie nasycenie wody tym pierwiastkiem. W wodzie, gdzie nie ma dużo rozpuszczonego tlenu, proces ten jest często zaburzony i niewydajny. W akwariach, gdzie występuje duża ilość ryb, niewielka ilość roślin lub zachodzą oba te czynniki, warto stosować dodatkowe napowietrzanie odpowiednimi urządzeniami. W ten sposób nie tylko usprawnimy całą nitryfikację, ale i polepszymy środowisko życia ryb.
Ciekawostka – niedawno naukowcy odkryli nowy rodzaj bakterii. Mikroorganizmy z rodzaju Nitrospira są w stanie przeprowadzać oba etapy nitryfikacji. Ze zdolności tych bakterii korzystają już producenci dobrych preparatów bakteryjnych, stosując je w swoich produktach.
3. Denitryfikacja
Ostatnim etapem cyklu azotowego jest denitryfikacja. Jest to proces redukcji azotanów. Denitryfikacja częściowa to redukcja NO3– z powrotem do NO2–, natomiast denitryfikacja całkowita to przemiana azotanów w azot cząsteczkowy. Jak już wspominałem wyżej, azotany to najmniej toksyczny związek azotu, jednak w wysokich stężeniach, powyżej 150 mg/l, może stanowić zagrożenie dla mniej odpornych mieszkańców zbiornika. Już przy stężeniach powyżej 50 mg/l można zauważyć spadek odporności u zwierząt, gorsze wyniki rozrodcze lub całkowity brak młodych. Dodatkowo wysokie zawartości azotanów w wodzie bardzo często są powodem nadmiernego rozwoju glonów. Denitryfikacja to proces beztlenowy, co w warunkach domowych akwariów może być problematyczne. Filtry o wysokiej wydajności tłoczą duże ilości bogatej w tlen wody i przepuszczają ją przez wkłady. Także w podłożu ciężko o strefy beztlenowe, ponieważ akwaryści boją się ich występowania, choć wbrew pozorom nie powinni. Zapobiegają więc temu. Ponadto często samo podłoże ma zbyt cienką warstwę, aby powstały w nim warunki beztlenowe. Jednak przeważnie w akwarium w niewielkim stopniu zachodzi denitryfikacja. Zajmują się tym różne rodzaje bakterii, mniej wyspecjalizowanych niż w przypadku nitryfikacji. Główne rodzaje to Pseudomonas, Bacillus czy Paracoccus. Oddzielają one cząsteczki tlenu z azotanów, czerpiąc z tego procesu energię niezbędną do życia. Uwolniony w ten sposób azot cząsteczkowy trafia do wody, skąd prawie natychmiast ulatnia się do atmosfery. W ten sposób cykl azotowy w akwarium zostaje zamknięty.
Znaczenie cyklu azotowego w akwarium
Cykl azotu to obok obiegu węgla jeden z najważniejszych procesów w przyrodzie. W akwarium ma on tym większe znaczenie, gdyż najprostsze związki azotu są szkodliwe dla zwierząt wodnych. Ponadto pochodne azotu są także niezbędnym źródłem pożywienia dla roślin, jednak w nadmiarze powodują ciężkie do zwalczenia plagi glonów. Dlatego też tak ważne jest, aby cykl azotowy w akwarium zachodził nieprzerwanie i sprawnie. Zapewni to naszym podopiecznym zdrowie i bezpieczeństwo, a roślinom stałe źródło pokarmu. Gdy w akwarium cykl azotowy jest zaburzony i nie odbywa się prawidłowo, należy go wspomagać. Szczególnie ważne jest to w akwariach z dużą obsadą ryb, gdzie nie ma roślin pomagających pochłaniać azot z wody, na przykład w zbiornikach z dużymi pielęgnicami. Do tego celu doskonale nadają się wkłady z naturalnego zeolitu lub specjalistyczne żywice syntetyczne.
Duży problem stanowi obieg azotu w świeżo założonych akwariach, gdy bakterie nie rozpoczęły pracy na maksimum swojej wydajności. Z cyklem azotowym wiąże się więc bezpośrednio jeszcze jedno pojęcie, które znane jest akwarystom – dojrzewanie akwarium. Ale o tym przeczytacie już w drugiej części artykułu.
