Азотный цикл в аквариуме

Многие аквариумисты знают, что представляет собой цикл азота и его значение в аквариуме. Однако новички часто сталкиваются с тем, что в новом аквариуме рыбки начинают погибать. Не дождавшись установления баланса биологической среды, рано запускают рыбок, начинают их усиленно кормить. В результате чего рыбки очень быстро гибнут от аммиачного отравления. Откуда же берется аммиак, и как с ним бороться?

У рыб в процессе метаболизма из углеводов и жиров образуется двуокись углерода и вода, как единственные конечные продукты окисления. Белки же распадаются на углекислоту и воду, а также химически связанный азот в виде аммиака, и небольшого количества мочевины. У беспозвоночных (например, креветок), конечным продуктом белкового обмена является аммиак.

В процессе превращений аминокислот аминогруппа (-NH 2 ) удаляется путем дезаминирования* и образует аммиак (NH 3 ). Кроме того, выделяются и другие азотсодержащие продукты, из которых одни происходят из пищи, а другие образуются в процессе метаболизма, например: креатинин, гиппуровая кислота.

Аммиак очень токсичен даже в малых концентрациях, поэтому рыбы его быстро удаляют путем выведения во внешнюю среду. Благодаря его легкой растворимости и небольшому молекулярному весу он диффундирует (проникает, самостоятельно смешивается с водой) чрезвычайно быстро.

Значительная часть аммиака может быть выделена через любую поверхность тела, соприкасающуюся с водой, а не только через почки. У рыб большая часть азота выводится жабрами. У золотой рыбки выделяется через жабры в 6- 10 раз больше азота, чем почки, и только 10% его составляет мочевина, остальные 90% выводятся в виде аммиака. К слову нужно сказать, у золотой рыбки хорошо развит фильтрационный аппарат почек, который выводит избытки воды, за сутки выделяется от 50 до 300 мл мочи на 1 кг массы тела. Количество выделяемого аммония зависит от физиологического состояния рыбы и от интенсивности метаболизма, который зависти от температуры воды.

В стрессовых ситуациях увеличивается выделение аммония. Например: во время транспортировки рыбы более одного часа, у нее меняется энергетический обмен. Вместо глюкозы и гликогена расходуются белки тела, в первую очередь — белки плазмы крови, что существенно увеличивает количество выделяемого аммиака.

При остром аммиачном отравлении рыбы возбуждены и пугливы, преобладает нарушение деятельности ЦНС (нарушение координации, судороги), смерть наступает очень быстро. При постоянном содержании в воде аммония в малых дозах, страдают жабры (экзогенный жаберный некроз). Аммоний выводит из строя хлоридные клетки жаберного эпителия. Через эти клетки происходит ионный обмен NH3 на Na+ из воды. В результате происходит гибель клеток жаберного эпителия, самоотравление организма, нарушение дыхания и гибели рыбы от асфиксии при нормальном содержании кислорода в воде.

Аммиак (NH3) выделяясь в воду быстро взаимодействует с водой с образованием иона аммония (NH4):

NH3+H2O→NH4 +OH-

То есть аммиак в воде содержится в двух формах: ионизированный аммонийный азот (NH4) и неионизированный аммонийный азот NH3. Соотношение содержащихся в воде аммония и аммиака зависит от показателя рН и температуры 🌡воды.

С увеличение рН на одну единицу, доля аммонийного азота вырастает в 10 раз, т.е в кислой воде содержание аммиака гораздо меньше чем в щелочной. В нейтральной воде (рН-7), аммонийный азот присутствует в основном в виде ионов аммония. Токсичность аммонийного азота зависит и от его концентрации (токсичен при 0,02-0,05мг/л), насыщения воды кислородом, температуры воды. При одном и том же рН, но разной температуре относительное содержание аммиака может существенно изменяться, например: при рН равном 7, и температуре-5,15,25С0- относительное содержание аммиака будет-0,12, 0,26 и 0,53% соответственно. При той же температуре, но рН-7,5, относительное содержание аммиака равно — 0,37, 0,8 и 1,7%. Тесты которые применяются в аквариумистике не различают формы аммиака( ионизированную и неионизированную), и показывают суммарное (общее) количество аммонийного азота.

Помочь с удалением аммиака из аквариумной воды могут бактерии нитрификаторы и цеолиты. Бактерии для своей активации требуют определенное количество времени, и если произошел резкий скачек аммония, например, когда не убрали умершую рыбку, им не удастся быстро снизить его количество. Цеолиты же начинают свою «работу» сразу, как только попадают в воду. Что же такое цеолиты?

Термин «цеолиты» введен в минералогию свыше 200лет назад шведским ученым А.Ф.Кронштедом. Само название этой группы минералов происходит от греческого ςεσις — кипение и связано с тем, что минералы эти при быстром нагревании их до 1000-1200 °С вспучиваются — вскипают. Если небольшой тонкий кусочек цеолита нагревать на пламени паяльной трубки, то он начнет сплавляться, становиться похожим на стекло, а вода, которая находится во внутренних частях минерала, не найдя выхода, начинает вздувать кусочек цеолита, и он увеличивается в объеме.

Цеолиты это минералы из группы водных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов. У цеолитов тетраэдрический структурный каркас, с большим количеством полостей занятых катионами и молекулами воды. Катионы и молекулы воды очень слабо связаны с каркасом и легко могут быть замещены или совсем удалены путем ионного обмена, при этом каркас цеолита не разрушается.

Если посмотреть на цеолит лишенный воды под микроскопом, то мы увидим структуру очень похожую на губку 🧽,которые мы используем в фильтрах, причем количество пустот может составлять до 50 % от объема каркаса цеолита. Ионообменное поглощение вещества происходит преимущественно в адсорбционных полостях цеолита.

Чаще всего в аквариумистике применяется клиноптилолит. У клиноптилолита диаметр входных окон в полости равен 0,4 нм. Клиноптилолит, прежде всего, является катионообменником, поглощая одни катионы, он заменяет их на другие. Необходимо сказать, что свойства цеолит, такие как характер обменных ионов, даже одного вида, могут меняться в зависимости от месторождения. В зависимости от вида клиноптилолита обменными ионами могут быть Na+ или К+ поэтому при использовании в аквариуме в воде происходит увеличение содержания К+ и Na+ или обоих ионов сразу.

В воде аквариуме содержится большое количество неорганических и органических соединений, которые влияют на количество связанного аммония. В жесткой воде, с высоким содержанием Ca2+ и Mg2+ также снижается количество поглощаемых ионов аммония. Поэтому, если мы используем цеолиты в фильтрационных системах при содержании Африканских цихлид, рекомендуется увеличить количество цеолита на 15-20% от рекомендуемого производителем. Рекомендуется применять клиноптилолит при транспортировке рыбы, особенно на большие расстояния.

Используя цеолит в качестве наполнителя в фильтре, с хорошим оборотом воды, весь образующийся аммоний связывается. «Связывать» уже существующие нитриты и нитраты природные цеолиты не могут!

Каждый аквариумист должен решает сам использовать или нет цеолиты в своем аквариуме, в зависимости от поставленных задач, но мы с вами видим. Что цеолиты является хорошим помощником в аквариуме с высокой плотностью посадки рыбы,в емкостях для транспортировки, полезен в выростных аквариумах.

Дезаминирование*— процесс удаления аминогрупп от молекулы


фот. Схема азотного цикла в аквариуме