Азот и азотосодержащие соединения попадают в морской аквариум двумя путями. С одной стороны, молекулярный азот (химический знак N2) проникает в воду из атмосферы. В морском аквариуме существуют организмы, которые включают молекулярный азот в пищевую цепочку. На профессиональном языке это называется «фиксировать азот». К этим организмам относят, например, цианобактерии (Sorokin, 1995). В коралловом рифе фиксация азота — один из очень важных процессов, в ходе которого азот, «дефицитная молекула», попадает в пищевую цепочку, тогда как для морской аквариумистики фиксация азота играет второстепенную роль, поскольку в аквариуме азота и его соединений и так в избытке.
Второй и более важный для нас путь попадания азота в воду — это пища для животных. С кормом (сухим, живым или замороженным) в воде оказывается огромное количество азотосодержащих органических веществ, которые усваиваются рыбами и беспозвоночными, а в процессе пищеварения расщепляются и частично снова попадают в воду. Там и происходит их окончательное расщепление на простые неорганические азотосодержащие соединения (к примеру, нитрат).
Неважно, каким путём — через фиксацию или кормление азот попадает в воду — в ней он подвергается очень сложному процессу расщепления, который представлен на графике.
Для ответа на этот вопрос лучше всего подвергнуть анализу воду природных рифов, поскольку если уж за миллионы лет кораллы, рыбы и водоросли физиологически приспособились к ней, значит, регистрируемая там концентрация аммиака/аммония. нитрита и нитрата является для них идеальной, и мы можем взять этот показатель за некий эталон.
В зависимости от географической широты и долготы, ка которых находится море, уровень содержания нитратов может составлять от 0,001 до 0,6 мг/л (ТАИ, 1971). Причём эти параметры зависят от глубины. В поверхностных слоях, где обитают водоросли и зооксантелльные кораллы, из-за быстрого потребления нитрата колебания могут быть большими: от 0,001 и до 0,12 мг/л. С увеличением глубины и, соответственно, уменьшением количества потребителей концентрация нитрата снижается и становится более стабильной. Согласно учёному Spotte (1979), общая концентрация азота (го есть сумма соединений N2, NH3/NH4+, NO2- и NO3-) в тропических морях нередко составляет 0,001-0,002 мг/л.
Первые промежуточные продукты, показанные на круговороте азота — это аммиак (NH3) и аммоний (NH4+). Оба вещества образуют смесь, при этом их пропорция зависит от уровня pH. При pH меньше 7,0 доминировать будет аммоний. При pH выше 7,0 львиную долю в образующейся смеси составляет аммиак. Если водородный показатель (pH) равен 8,3, что наблюдается в большинстве аквариумов, то 10% приходится на аммиак и 90% на аммоний. Аммиак/аммоний - самое токсичное азотосодержащее соединение, возникающее в морском аквариуме при распаде органических субстанций. В специальной литературе приводятся данные, согласно которым, уже при концентрации 0,07-1,4 мг/л некоторые виды рыб погибают (Spotte, 1979). Такой уровень обычно регистрируется во время фазы запуска аквариума с использованием «живых» камней (Wilkens, 1980). Если концентрация аммиака/аммония так высока, то запускать рыб в аквариум категорически нельзя.
К счастью, в природе существуют бактерии, которые перерабатывают аммиак/аммоний в менее токсичные соединения. Этот процесс называют нитрификацией. Нитрификация состоит из двух этапов. На первом этапе аммиак/аммоний окисляется и превращается в нитрит.
Превращение аммиака/аммония в нитрит с помощью бактерий Nitrosomas:
Аммиак/Аммоний -> нитрит
(NH3/NH4+) -> NO2-
К бактериям, которые расщепляют аммиак/ аммоний на нитрит, среди прочих, принадлежат виды рода Nitrosomas.
Однако нитрит является дыхательным ядом. Согласно литературе, его максимально допустимая концентрация в морском аквариуме должна составлять 0,1 мг/л (Spotte, 1979).
Для рифовых аквариумов нитрит (пожалуй, кроме фазы запуска) не представляет опасности. Раньше в рыбных «банках» высокий уровень нитритов приводил к гибели рыб: работа бактерий, превращающих нитрит в нитрат, нарушалась, и нитрит начинал накапливаться в воде.
Подобный эффект наблюдался также при лечении рыб медикаментами, которые убивали полезных бактерий. Нитрит может накапливаться, когда в рыбные аквариумы со слабой фильтрацией вносится большое количество корма. В главе о фильтрах я ещё раз вернусь к этой теме.
Во время запуска и в чисто рыбных аквариумах концентрация нитрита должна замеряться каждую неделю. Если после запуска она превышает отметку в 0,1 мг/л, нужно немедленно произвести объёмную подмену воды.
Нитрит: о важном — коротко
Максимальная концентрация нитрита: 0,1 мг/л (обычно этот уровень должен быть значительно ниже).
Регулярные процедуры: во время фазы запуска и в рыбных аквариумах концентрацию нитритов нужно определять раз в неделю.
Что делать, если концентрация нитритов выше 0,1 мг/л?
- Срочно произведите большую подмену воды.
- Попытайтесь определить причину повышенной концентрации нитритов. Возможно, это последствие применения медикаментов или недостаточная мощность фильтрующей техники.
Что делать, если уровень содержания нитритов слишком низкий?
Уровень содержания нитритов в морском аквариуме никогда не бывает слишком низким.
На втором этапе нитрификации нитрит окисляется и превращается в нитрат:
Превращение нитрита в нитрат с помощью бактерий Nitrobacter:
Нитрит -> нитрат
NO2- -> NO3-
В этой реакции среди прочих участвуют бактерии рода Nitrobacter.
В принципе нитрат не является ядовитым. Даже очень высокие концентрации (400 мг/л и выше) в краткосрочных экспериментах с разными видами рыб не оказали на них какого-либо негативного воздействия (Spotte, 1979), поэтому данный параметр имеет второстепенное значение для рыбных аквариумов.
Высокая концентрация нитратов стимулирует рост различных сверлящих водорослей, живущих в скелетах твёрдых кораллов и ракушек. Как только они достигают хитиновой матрицы твёрдых кораллов (это место, где синтезируется кальций, необходимый для роста кораллов), коралловые полипы покидают известковый скелет и погибают. Больше всего от сверлящих водорослей страдают такие крупнополипные твёрдые кораллы, как эта симфиллия (Symphyllid sp.)
Однако в рифовых аквариумах высокая концентрация нитратов вызывает разнообразные неприятные побочные эффекты (Brockmann, 2007). Нитраты — важнейший источник пищи для водорослей, поэтому высокий нитратный уровень в аквариумной воде неминуемо приведёт к их бурному росту. Особенно жируют на нитратах «мажущиеся» и нитчатые водоросли. В крайне запущенных случаях эти водоросли полностью покрывают кораллы и таким образом убивают их. Кроме того, нитраты стимулируют рост различных сверлящих водорослей, которые обитают в скелетах твёрдых кораллов и ракушек. Если сверлящие водоросли достигнут хитиновой матрицы твёрдых кораллов, в которой синтезируется важный для роста животных кальций, то полипы покидают скелет коралла и погибают. Это в особенности касается крупнополипных твёрдых кораллов, например, представителей родов Goniopora и Trachyphyllia. Мелкополипные твёрдые кораллы реагируют на высокие нитраты замедлением роста и потерей цвета (к примеру, акропоры). Опыт многочисленных аквариумистов показывает, что концентрация нитратов в аквариумах с твёрдыми кораллами не должна превышать отметку в 10-15 мг/л, что в несколько раз выше концентрации этих веществ в естественных условиях (см. об этом выше). В идеале же этот показатель должен быть ниже. В рыбных аквариумах или таких, где содержатся в основном кожистые и мягкие кораллы, содержание нитратов может быть намного выше (максимально 30-40 мг/л), что не окажет негативного влияния на животных. Похоже даже, что чуть повышенная концентрация нитратов положительно сказывается на росте кожистых и мягких кораллов. Впрочем, это не следует воспринимать как побуждение к действию и относиться к фильтрации пренебрежительно или подкармливать кораллы нитратами, например, нитратом кальция.
Нитрат: о важном — коротко
Максимальная концентрация:
- в аквариумах с твёрдыми кораллами 10-15 мг/л;
- в рыбных аквариумах или «банках» с кожистыми и мягкими кораллами нитраты не должны превышать уровень в 30-40 мг/л.
Регулярная профилактика: определение концентрации нитратов каждые 4 недели.
Что делать, если концентрация нитратов превысила допустимый предел?
- Снизьте уровень нитратов за счёт подмены воды.
- Проверьте (аэробную) фильтрацию, в случае необходимости отключите капельный или оросительный фильтр.
- Для снижения нитратной концентрации можно также использовать денитрифицирующий фильтр.
Что делать, если уровень содержания нитратов слишком низкий?
Уровень содержания нитратов в морском аквариуме никогда не бывает слишком низким.
Итак, конечным продуктом нитрификации является нитрат. Если количество нитратов регулярно не снижается, они начинают накапливаться в воде и вызывают описанные выше трагичные последствия. К счастью, в рифовых аквариумах протекают два процесса — диссимиляция и ассимиляция, в ходе которых нитраты расщепляются и нейтрализуются. В рыбных же аквариумах эти процессы часто нарушены, чем и объясняется накопление в них нитратов.
Под ассимиляцией понимают усвоение нитратов, например, водорослями. Ассимиляцию используют в водорослевых фильтрах, чтобы снизить концентрацию нитратов 8 воде. Диссимиляция — это расщепление нитратов бактериями, в котором участвуют различные виды бактерий. Если расщепление заканчивается на стадии образования газов — оксида азота (N2O) или азота (N2), то этот процесс называют денитрификацией. Если же оно заканчивается образованием нитрита и далее аммиака/аммония, то речь идёт о редукции нитрата.
К счастью, редукция нитрата (конечный продукт — аммиак/аммоний) наблюдается в аквариумах очень редко, в противном случае в системе образуется замкнутый круг: ядовитые азотистые соединения нитрит и аммиак/аммоний не удаляются из аквариума, а наоборот, накапливаются в воде.
И напротив, денитрификация (конечные продукты — азот или оксид азота) имеет место практически во всех морских аквариумах. Основное условие для денитрификации — наличие анаэробной среды, то есть участков в аквариуме, бедных кислородом. Бактерии, принимающие участие в денитрификации, способны получать необходимый для существования кислород из нитрата и нитрита. Это, в свою очередь, позволяет выживать им в аквариуме независимо от степени насыщенности воды кислородом. И даже наоборот — кислород может тормозить денитрификацию. Упомянутые бактерии населяют, например, внутреннее пространство декораций, «живых» камней или определенные участки грунта. Кроме того, существуют фильтрующие системы (так называемые денитрифицирующие фильтры), разработанные специально для переработки нитратов. Тем не менее, в большинстве морских аквариумов подобные денитрифицирующие фильтры не используются, так как биологическая фильтрация (декорации и «живые» камни) вкупе с эффективным пеноотделителем и регулярной подменой воды гарантирует поддержание достаточно низкой концентрации питательных веществ.
