Spis treści
Czym jest cykl azotowy
W szybkim ujęciu cykl azotowy w akwarystyce morskiej odnosi się do procesu biologicznego, w którym azot jest przetwarzany i cyklicznie przekształcany w różne jego formy przez organizmy żywe.
Cykl azotowy jest niezwykle ważny, ponieważ pomaga utrzymać odpowiednie parametry wody, takie jak stężenie amoniaku, azotynów i innych substancji toksycznych dla organizmów. Kontrola cyklu azotowego jest kluczowa dla zdrowia zwierząt w akwarium.
Więcej informacji o cyklach biologicznych w akwarystyce morskiej przeczytasz w artykułach dedykowanych: cykl azotowy i cykl fosforanowy. W tym artykule znajdziesz więcej informacji na temat wpływu chemii wody na zaburzenia cyklu azotowego.
Rola cyklu azotowego
W akwarystyce morskiej cykl azotowy jest niezwykle ważny dla utrzymania zdrowej i stabilnej równowagi biologicznej w akwarium. Azot jako pierwiastek jest niezbędny organizmowi m. in. do budowy aminokwasów, kwasów nukleinowych (RNA i DNA) czy ATP i NAD/NADP – co czyni go ważnym w opiece nad rafą.
Trzeba mieć na uwadzę, iż cykl azotowy nie jest cyklem który się skończy i zapominamy o nim. – przemiany azotu w akwarium zachodzą non stop.
Cykl azotowy również pomaga zapobiegać nagromadzeniu się toksycznych substancji w wodzie, które mogą prowadzić do chorób, a nawet śmierci ryb i innych organizmów morskich. Dlatego też, przy starcie akwarium morskiego należ moinitorować obecność szkodliwych związków chemicznych m. in. amoniaku i nie spieszyć się z wprowadzaniem zwierząt do akwarium.
Przyczyny zaburzenia cyklu azotowego
Jest wiele przyczyn, które zaburzyć mogą cykl azotowy, do najważniejszych z nich możemy zaliczyć:
- Przekarmianie zwierząt – jeśli do akwarium dostaje się zbyt dużo jedzenia dla ryb, bakterie nitryfikacyjne nie są w stanie przetworzyć całej nadmiaru azotu
- Filtracja mechaniczna i biologiczna – niewłaściwie zbudowane akwarium oraz źle ustawiona cyrkulacja może wpłynąć na gromadzenie się zanieczyszczeń, a tym samym zaburzyć proces nitryfikacji
- błędnie wykonane prace serwisowe przy akwarium – podczas procesów czyszczenia akwarium morskiego mogą zostać usunięte pożyteczne bakterie nitryfikacyjne
- Ilość zwierząt w zbiorniku – zarówno nadmierna ilość jak ich brak
- Niewłaściwa gospodarka chemii wody
Wpływ chemii wody na zaburzenia cyklu azotowego
W dalszej części artykułu skoncentruję się na chemii wody, ze szczególnym uwzględnieniem jej wpływu na zaburzenia cyklu azotowego. Dlaczego? Przede wszystkim dlatego, że chemia wody ma bezpośredni wpływ na prawidłowe funkcjonowanie cyklu azotowego oraz pełni wiele istotnych funkcji:
- Jest nośnikiem związków azotu, takich jak azotany (NO3–) czy amoniak (NH3).
- Jest rozpuszczalnikiem związków azotu
- Jest niezbędna do wielu reakcji chemicznych występujących w cyklu azotowym (denitryfikacja, nitryfikacja i amonifikacja)
- Pomaga zachować odpowiednie pH
Nie można bagatelizować wpływu chemii na cykl azotowy. Zrozumienie zależności chemii na cykl azotowy pomoże Ci zapobiegać zaburzeniom cyklu azotowego, a tym samym ochronić swoje akwarium i ich mieszkańców.
Główne przyczyny zaburzeń cyklu azotowego (chemia wody)
Podmiana wody morskiej (tzw. podmianki)
Zarówno zbyt częste podmiany wody jak i ich brak mogą prowadzić do zaburzeń cyklu azotowego.
Nie mniej jednak należy wziąć pod uwagę dwa przypadki:
- Akwarium niedojrzałe biologicznie
- Akwarium dojrzałe biologicznie
W pierwszym przypadku mówimy o tzw. startujących akwariach – najczęściej < 3 miesięcy. Takie akwarium nie ma jeszcze wykształconej stabilności biologicznej. Właśnie dlatego przy starcie akwarium nie zaleca się podmianek, ponieważ taki zabieg może wydłużyć okres dojrzewania akwarium morskiego.
W drugim przypadku zalecane są regularne podmiany wody morskiej, ponieważ w ten sposób usuwany jest nadmiar azotu i innych zanieczyszczeń z akwarium.
Stosowanie nieodpowiednich produktów chemicznych
Na rynku są dostępne preparaty chemiczne, które mogą hamować aktywność bakterii nitryfikacyjnych. Niewłaściwe ich stosowanie może mieć wpływ na zakłócenie cyklu azotowego, głównie w wyniku oddziaływanie negatywnego na bakterie.
Poziom zasolenia
Proces denitryfikacji zazwyczaj maleje w miarę wzrostu zasolenia.
ZASOLENIE ↑↓ SZYBKOŚĆ PROCESU DENITRYFIKACJA
Badania naukowe wykazały, iż bakterie nitryfikacyjne w środowisku gdzie poziom zasolenia jest wysoki mają zwiększone ciśnienie osmotyczne. Oznacza to, że bakterie nitryfikacyjne muszą zużyć więcej energii, aby utrzymać odpowiednie stężenie soli w swoich komórkach. Co skutkuje mniejszą ilością dostępnej energii do wykorzystania na sam proces nitryfikacji.
Inną przyczyną spowolnienia procesu nitryfikacyjnego przy zwiększonym zasoleniu jest to, że wysokie zasolenie może spowodować ograniczenie dostępności składników odżywczych. Składniki te z kolei są niezbędne dla organizmów nitryfikacyjnych.
Nieprawidłowe pH wody i twardość węglanowa (dKH)
Nieprawidłowe pH i twardość wody morskiej może znacząco wpływać na zaburzenia cyklu azotowego.
Wiele enzymów zaangażowanych w różne etapy cyklu azotowego działa optymalnie w określonym zakresie pH.
- Niskie pH wpływa negatywnie na aktywność enzymów katalizujących (przyspieszających) reakcje azotu w wodzie morskiej.
- Wysoka twardość węglanowa wody morskiej może powodować wiązanie się jonów azotanowych z jonami wapnia czy magnezu, utrudniając ich przekształcenia w formy bardziej dostępne dla organizmów.
Obecność pierwiastków śladowych
Znane są badania naukowe, w których wykazano znaczący wpływ pierwiastków śladowych na cykl azotowy. Pierwiastki śladowe, takie jak:
odgrywają ważną rolę w cyklu azotowym.
Żelazo: Żelazo odgrywa kluczową rolę w procesie syntezy chlorofilu, który jest niezbędny do fotosyntezy.
Miedź: Miedź jest niezbędna do funkcjonowania wielu enzymów zaangażowanych w metabolizm azotu. Pomaga w przekształcaniu amoniaku w związki organiczne i uczestniczy w procesie tworzenia aminokwasów.
Mangan: Mangan jest kluczowym składnikiem wielu enzymów zaangażowanych w przekształcanie azotu.
Molibden: Molibden jest niezbędny do funkcjonowania enzymu nitrogenazy, który katalizuje redukcję azotu atmosferycznego do postaci amoniaku.
Cynk: Cynk bierze udział w procesach metabolizmu azotu, takich jak synteza białek. Jest również zaangażowany w przemianę azotanów w formy organiczne.
Reakcje redoks
Ważną rolę w regulacji cyklu azotowego pełnią również procesy chemiczne zachodzące w wodzie, takie jak utlenianie i redukcja (reakcje redoks). Mają one wpływ na cykl azotowy, ponieważ są odpowiedzialne za przekształcanie m.in. amoniaku w bezpieczniejsze formy azotu. Jest to reakcja redoks, ponieważ azot jest utleniany, a tlen jest redukowany. W tym przypadku takie reakcje są powiązane najczęściej z bakteriami.
Przykładowo (1) , cykl azotowy w akwarystyce morskiej może również obejmować proces denitryfikacji, w którym azotany są przekształcane z powrotem w azot w postaci gazowej (N2). Bakterie denitryfikacyjne, takie jak Pseudomonas i Paracoccus, przeprowadzają tę reakcję. Denitryfikacja jest również reakcją redoks, ponieważ azotany są redukowane do azotu gazowego.
(1) NO3 → N2
Skutki zaburzeń cyklu azotowego
Nieustanne przemiany azotu zachodzące w akwarium nie są problemem w przypadku stabilności. Natomiast w przypadku zaburzeń tego cyklu musimy mieć świadomość, że azot przekształcany jest w różne formy, a niektóre z nim są toksyczne dla zwierząt. Niektóre z tych form są szkodliwe dla organizmów morskich. Szkodliwość największą wykazuje amoniak (NH3) i jony amonowe (NH4+), nieco mniejszą azotyny (NO2–), azotany (NO3–) są szkodliwe jedynie przy podwyższonych jego wartościach :
Szkodliwość dla organizmów morskich.
nadmiar NO3– :
- Gwałtowny wzrost populacji glonów
- Niedobór tlenu – bakterie nitryfikacyjne zużywają więcej tlenu na procesy przemiany związków azotu
nadmiar NH3 i NH4+ NO2– :
- Działanie toksyczne na zwierzęta morskie
Podsumowanie
Pamiętaj, że cykl azotowy stale zachodzi w akwarium morskim, wszelkie jego zaburzenia mogę nieść poważne konsekwencje dla zwierząt morskich. Chemia wody odgrywa kluczową rolę w cyklu azotowym – który pełni ważną funkcje w akwarystyce morskiej.
O autorze
Magdalena Metzler
Prywatnie jestem mamą i miłośniczką natury oraz sportu. Moim głównym zainteresowaniem jest chemia kwantowa, która kryje w sobie ogrom nierozwikłanych tajemnic i powiązań, co z naukowego punktu widzenia jest niezwykle ekscytujące.
W swojej karierze naukowej prowadziłam międzynarodowe projekty, dotyczące innowacyjnych rozwiązań dla wielu gałęzi biznesu, m.in. motoryzacji, budownictwa, a teraz oczywiście akwarystyki morskiej.
Praca w Reef Factory zapoczątkowała u mnie pasję do akwarystyki morskiej, którą mogę rozwijać każdego dnia, budując dział chemii i tworząc produkty, które ułatwią akwarystom dbanie o zbiorniki i zapewnią najwyższe bezpieczeństwo zwierząt. Jednym z najbardziej ekscytujących wspomnień, związanych z pracą w Reef Factory, jest uruchomienie spektrometru ICP-OES, który analizuje skład pierwiastkowy wody morskiej. Metoda analizy w ICP oparta jest na technice analitycznej, która stanowi powiązanie mojego zamiłowania do chemii kwantowej i akwarystyki morskiej.
Mam nadzieję, że moje artykuły na ReefPedii będą dla Ciebie ciekawe i pomocne! Miłej lektury :))