Азотний цикл в акваріумі

Як корисні бактерії перетворюють токсичний аміак на нітрит, а потім на нітрат, і чому запуск цього циклу важливий до заселення риб.

Що це таке

Азотний цикл — це біологічний процес перетворення азотистих відходів на дедалі менш шкідливі сполуки. В акваріумі він іде ланцюжком: аміак (NH3/NH4+), потім нітрит (NO2-), потім нітрат (NO3-). Це перетворення виконують нітрифікуючі бактерії, що заселяють фільтруючий матеріал та інші поверхні. Без цієї мікробної популяції відходи накопичуються, і вода стає токсичною для риб.

Звідки береться аміак

Аміак потрапляє у воду з екскрементів риб, незʼїденого корму та органіки, що розкладається. Розклад органічного азоту до аміаку називається амоніфікацією. Аміак існує у двох формах: неіонізований NH3 та іонізований амоній NH4+. Неіонізований аміак набагато токсичніший для риб, ніж амоній, і його частка зростає з підвищенням pH і температури.

Як працює нітрифікація

Нітрифікація — це аеробне двоступеневе окиснення. Спочатку аміак-окиснювальні бактерії, наприклад Nitrosomonas, перетворюють аміак на нітрит. Потім нітрит-окиснювальні бактерії, наприклад Nitrobacter і Nitrospira, перетворюють нітрит на нітрат. Деякі Nitrospira (комамокс) виконують обидва кроки в одному організмі. Перший крок записується як 2NH4+ + 3O2 у 2NO2- + 4H+ + 2H2O, за ним іде 2NO2- + O2 у 2NO3-.

Корисні бактерії

Ці бактерії автотрофні та ростуть повільно. Вони закріплюються на поверхнях з добрим током води та киснем — насамперед на фільтруючому матеріалі, а також на ґрунті, декораціях і стінках. Оскільки нітрифікація аеробна, бактеріям потрібен розчинений кисень, і вони ростуть швидше за нейтрального чи слаболужного pH і теплої води.

Навіщо потрібен запуск

Поки колонії бактерій недостатньо великі, щоб переробляти добове навантаження відходів, аміак і нітрит накопичуються до рівнів, що ушкоджують зябра і тканини риб. Запуск циклу до заселення повної популяції риб саме і захищає їх. Біофільтру зазвичай потрібно кілька тижнів для дозрівання.

Що відбувається з нітратом

Нітрат — кінцевий продукт нітрифікації, він набагато менш токсичний, ніж аміак чи нітрит, але все ж накопичується з часом. Його видаляють регулярними підмінами води, поглинанням живими рослинами та, у безкисневих зонах, денітрифікацією, яка відновлює нітрат назад до газоподібного азоту.