Азотный цикл в аквариуме

Как полезные бактерии превращают токсичный аммиак в нитрит, а затем в нитрат, и почему запуск этого цикла важен до заселения рыб.

Что это такое

Азотный цикл — это биологический процесс преобразования азотистых отходов в постепенно менее вредные соединения. В аквариуме он идёт по цепочке: аммиак (NH3/NH4+), затем нитрит (NO2-), затем нитрат (NO3-). Это преобразование выполняют нитрифицирующие бактерии, заселяющие фильтрующий материал и другие поверхности. Без этой микробной популяции отходы накапливаются, и вода становится токсичной для рыб.

Откуда берётся аммиак

Аммиак поступает в воду из экскрементов рыб, несъеденного корма и разлагающейся органики. Разложение органического азота до аммиака называется аммонификацией. Аммиак существует в двух формах: неионизированный NH3 и ионизированный аммоний NH4+. Неионизированный аммиак гораздо токсичнее для рыб, чем аммоний, и его доля растёт с повышением pH и температуры.

Как работает нитрификация

Нитрификация — это аэробное двухступенчатое окисление. Сначала аммиак-окисляющие бактерии, например Nitrosomonas, превращают аммиак в нитрит. Затем нитрит-окисляющие бактерии, например Nitrobacter и Nitrospira, превращают нитрит в нитрат. Некоторые Nitrospira (комаммокс) выполняют оба шага в одном организме. Первый шаг записывается как 2NH4+ + 3O2 в 2NO2- + 4H+ + 2H2O, за ним следует 2NO2- + O2 в 2NO3-.

Полезные бактерии

Эти бактерии автотрофны и растут медленно. Они закрепляются на поверхностях с хорошим током воды и кислородом — прежде всего на фильтрующем материале, а также на грунте, декорациях и стенках. Поскольку нитрификация аэробна, бактериям нужен растворённый кислород, и они растут быстрее при нейтральном или слабощелочном pH и тёплой воде.

Зачем нужен запуск

Пока колонии бактерий недостаточно велики, чтобы перерабатывать суточную нагрузку отходов, аммиак и нитрит накапливаются до уровней, повреждающих жабры и ткани рыб. Запуск цикла до заселения полной популяции рыб как раз и защищает их. Биофильтру обычно нужно несколько недель для созревания.

Что происходит с нитратом

Нитрат — конечный продукт нитрификации, он гораздо менее токсичен, чем аммиак или нитрит, но всё же накапливается со временем. Его удаляют регулярными подменами воды, поглощением живыми растениями и, в бескислородных зонах, денитрификацией, которая восстанавливает нитрат обратно до газообразного азота.