Источники азотных соединений в новых водохранилищах.
Первые несколько дней работы аквариума — непростое время для любого аквариумиста. Новый аквариум поначалу приносит радость и гордость, но через несколько дней часто превращается в кошмар, когда появляются незваные гости — водоросли. Основная причина этих проблем — недостаток или малое количество колоний полезных бактерий. Накопление азотистых соединений (в основном аммония), органического углерода и фосфатов в сочетании с сильным освещением создают отличную среду для размножения всех видов простейших водорослей и диатомовых водорослей (если в воде также присутствуют силикаты). Источниками азота в новом аквариуме могут служить субстраты, такие как садовая почва, субстраты или японский тип «почвы», растения (например, разлагающиеся листья и стебли), остатки питательных растворов, полученных in vitro, и корни, использованные при создании аквариума. Азот в субстратах чаще всего присутствует в форме аммония (NH4 + ) , нитрата (NO3 ) и нитрита ( NO2 ) , а также в небольших количествах в виде мочевины или ее производных. Поврежденные или разлагающиеся растения выделяют в воду белки и аминокислоты, которые в результате аммонификации превращаются главным образом в ионы аммония[1].
Важность кислорода в процессах нитрификации
Нитрификация — это двухэтапный процесс, который можно представить в виде упрощенных реакций[2]:
Этап I : NH₄⁺ + 2O₂ → NO₂⁻ + 2H₂O
Этап II: NO2– + 1/2O2 → NO3–
На каждом из двух этапов необходимым субстратом является кислород. Следовательно, нитрифицирующие бактерии — это аэробные бактерии, которым для нормального метаболизма необходим непрерывный доступ к кислороду. Потребность в кислороде при нитрификации очень высока; для окисления 1 г аммонийного азота до нитрата необходимо обеспечить примерно 4,5 г кислорода. Важно помнить, что это лишь один из многих процессов, потребляющих кислород в нашем аквариуме, поэтому следует обеспечить хорошую аэрацию аквариума, особенно когда освещение выключено (растения не фотосинтезируют)[3]. Для реакции на этапе I требуется в четыре раза больше стехиометрического количества кислорода, чем на этапе II. Однако, еслиO2 , то для проведения этапа II концентрация кислорода должна быть примерно в два раза выше[4]. Зависимость скорости нитрификации от концентрации растворенного кислорода в воде представлена на графике[5,6]:
Если концентрация кислорода недостаточно высока, происходит денитрификация и нитратное дыхание, приводящие к образованию нитритов (NO₂⁻ ) из нитрат-ионов (NO₃⁻ ) [ 7]. График зависимости относительной скорости денитрификации от концентрации растворенного кислорода показан на графике [6]:
В целом, денитрификация — это полезное явление, приводящее к самоочищению водоемов. Ситуация иная в аквариумах с растениями, где потребление азота относительно высокое. Денитрификация неблагоприятна, поскольку вызывает потери азота и способствует нарушениям коэффициента Редфилда[1].
[1] Собственные исследования 2016-2019 гг.
[2] Герхард Рихтер «Метаболические процессы в растениях» PWN 1975.
[3] Зуржицкий Дж. Михневич М. «Физиология растений» PWRiL 1979.
[4] Джоанна Еж-Валковяк, доктор технических наук, Лукаш Вебер, магистр, инженер. «Удаление ионов аммония из грунтовых вод», 2008 г.
[5] Майкл К. Стенстром, Ричард А. Подуска, «Влияние концентрации растворенного кислорода на нитрификацию», Water Research, том 16, стр. 643-649, 1980.
[6] Шарил Низа Б. Абдул Азиз «Влияние концентрации растворенного кислорода на нитрификацию и денитрификацию» 2005.
[7] Диана Вальстад «Растения в аквариуме. Экология водных растений» Ориол 2007.