Cykl azotowy

(przemiana azotu i białek w środowisku)

 Przemiana materii (metabolizm) ryb prowadzi do powstania różnych związków azotu, z których część jest bardzo szkodliwa dla organizmów żywych. W naturze ten problem zwykle nie występuje tak jaskrawo, bo związki te są rozcieńczane w wodzie, ale w ograniczonej ilości wody w małym stawie, mogą uzyskać stężenie dla ryb zabójcze. Bardzo ważną role w deaktywacji tych związków pełnią bakterie nitryfikacyjne. Oto tzw. cykl azotowy: Metabolizm ryb prowadzi do powstania amoniaku (NH3), ew. amonu (NH4), z których przy udziale bakterii nitrosomonas powstają azotyny (NO2), a z nich, dzięki bakteriom nitrobacter, azotany (NO3). Amoniak (NH3) jest związkiem wybitnie trującym, już w niewielkich stężeniach działa szkodliwie na ryby, powyżej 0,2 mg/l jest groźny, a powyżej 1,0 mg/l śmiertelny. Stężenie jonów NH3 pozostaje w równowadze z jonami amonowymi (NH4), które są stosunkowo nieszkodliwe. Stężenie amoniaku rośnie wraz ze wzrostem pH i temperatury; przy pH<7.0, nie ma go prawie wcale, w środowisku zasadowym jego stężenie wzrasta. W dojrzałym stawie poziom zarówno amoniaku, jak i amonu powinien być bliski zeru (popularne testy wykażą stężenie 0) Azotyny (NO2) są również dla ryb trujące. Również w dojrzałym stawie, używając popularnych testów, powinniśmy uzyskać wynik bliski zeru (stężenie < 0.1 mg/l uważa się za w pełni bezpieczne). Poziom 0.5 mg/l uważa się za górną granice stężenia tolerowanego, ale nawet takie stężenie, jeżeli trwa dłuższy czas nie pozostaje obojętne dla ryb. Stężenie azotynów powyżej 5 mg/l uważa się za śmiertelne. Azotany są relatywnie niegroźne dla ryb, ale powyżej pewnego stężenia również nie są obojętne. Zwykle uznaje się, ze dopuszczalne stężenie azotanów, to 50mg/l, powyżej 100 mg/l staja się groźne. Najlepiej jednak utrzymywać azotany w stężeniu jak najmniejszym, w ten sposób ograniczamy również rozwój glonów. Nadmiar azotanów ze stawu usuwany jest na kilka sposobów: 

1. Częściowo są zużywane przez rośliny jako materiał budulcowy białek, ale z reguły ten proces nie hamuje wzrostu ich stężenia wystarczająco, 

2. Najpopularniejsza metoda zmniejszania stężenia azotanów jest częściowa wymiana wody - od 20% kwartalnie do 20% tygodniowo - w zależności od wielkości stawu, wrażliwości hodowanych ryb, itp. 

3. Użycie denitryfikatora - urządzenie powodujące usuwanie NO3. Można kupić gotowy, np. produkcji firmy Sera, lub skonstruować samemu - polecam artykuł Michała Juncewicza w numerze 0 "Naszego Akwarium". 

Dojrzewanie stawu, to innymi słowy proces rozwoju bakterii nitryfikacyjnych (glownie Nitrosomonas i Nitrobacter), które umożliwiają zamkniecie cyklu azotowego. Proces ten trwa zwykle ok. 3-4 tygodni od napełnienia stawu. Najpierw rozwijają się bakterie Nitrosomonas, rozkladajace NH3/NH4. Trwa to zwykle od jednego do dwóch tygodni. Pomiary NH4 w tym czasie wskazują stopniowy wzrost jego stężenia (szczyt w 4-7 dniu), następnie stopniowe zmniejszanie stężenia. W drugiej części tej fazy zaczyna wzrastać stężenie azotynów, oznacza to, ze bakterie Nitrosomonas pracują już wydajnie, produkując NO2. Teraz zaczynają się mnożyć bakterie Nitrobacter. Ta faza trwa w przybliżeniu następne dwa tygodnie. W tym okresie szczyt stężenia azotynów przypada na 10-21 dzień od napełnienia stawu. Zatem o dojrzałym stawie i jego filtrze,( gdyż to tu najchętniej osiedlają się bakterie ) możemy powiedzieć, gdy: 

1. Wcześniej obserwowaliśmy dwa wzrosty stężenia, najpierw NH4, potem NO2.

 2. Poziom tych związków jest bliski zeru. 

3. Stopniowo wzrasta stężenie azotanów (o ile nie są skutecznie utylizowane przez rośliny). 

Gdy jest spełniony tylko drugi warunek, nie możemy być pewni, ze oczko dojrzało, ponieważ w przypadku braku substratu dla bakterii Nitrosomonas, czyli amoniaku/amonu, proces ten może być bardzo powolny. Dlatego zaleca się różne sposoby dostarczenia tych związków do oczka : 

1. Wpuszczenie jednej, dwóch, wytrzymałych ryb we wczesnej fazie dojrzewania oczka ( karasie). Uważam, ze ta metoda może być polecana jedynie w oczkach dużych ( pow. 4m3 ), gdzie rozcieńczenie toksycznych produktów metabolizmu, zmniejszy ich szkodliwość. W oczkach małych  tzw. balkonowych ( do 500 l.) zwykle dochodzi wówczas do znacznego przekroczenia wartości bezpiecznych. Należy pamiętać, jeżeli zdecydujemy się na ta metodę, żeby ryby wprowadzić po ok. 5 dniach od napełnienia oczka, kiedy zniknie zmętnienie wody spowodowane rozwojem pierwotniaków, bardzo często obserwowane w nowo założonym maleńkim oczku. 

2. Przy stawie gęsto obsadzonym roślinami, substratu dla bakterii Nitrosomonas dostarcza obumierające części roślin, zwykle to wystarcza, ale dla pewności, że oczko jest dojrzale, należy monitorować stężenie NH4, NO2 i NO3. 

3. W pewnych specyficznych sytuacjach, gdy w oczku nie ma roślin, a zasadowy odczyn wody nie pozwala na wcześniejsze wpuszczenie ryb (stężenie amoniaku rośnie wraz z pH!), można dodać po prostu czystego amoniaku, monitorując jego stężenie, lub chlorku amonowego. 

Ryby do stawu powinno się wpuszczać po jego dojrzeniu, jednak nie zaleca się wprowadzać od razu maksymalnej obsady, lecz stopniowo, ponieważ może się okazać, ze namnożona wcześniej ilość bakterii jest niewystarczająca dla wprowadzonej ilości ryb. Bakterie nitryfikacyjne namnażają się w wodzie, ale w większych ilościach osiedlają się w podłożu, a zdecydowanie najlepszym ich siedliskiem jest filtr, zapewniający stały przepływ wody i odpowiednie natlenienie (giną w warunkach niedotlenienia). Dlatego często zamiast terminu "dojrzewanie akwarium" mówi się o "dojrzewaniu filtra". Bakterie te osadzają się na powierzchni materiału filtracyjnego, dlatego im większa jest jego powierzchnia, tym więcej bakterii może się rozwinąć. Do najbardziej polecanych materiałów należy Ehfisubstrat produkcji firmy Eheim. Proces dojrzewania stawu można przyspieszyć, dodając do wody kultury tych bakterii. Na naszym rynku dostępne są takie produkty: 

1. Cycle firmy Hagen - trudno dostępny, ale w opinii wielu lepszy 

2. Nitrivec firmy Sera - dostępny bez większych problemów. Skuteczność tych produktów zależy od ich świeżości i przechowywania (niska temperatura!).

 Niestety, z powodu braku daty produkcji, można kupić preparat, który nie zadziała. Znacznie pewniejsza metoda przyspieszenia dojrzewania oczka jest przeniesienie kultur bakterii z dojrzałego filtra, jednak należy mieć pewność, ze nie przenosimy razem z nimi drobnoustrojów chorobotwórczych. Do oznaczania NH4, NO2, NO3 używa się odczynników, które powinny być dostępne w każdym szanującym się sklepie akwarystycznym. Najbardziej polecani producenci, to: JBL, Sera, Tetra, Eheim, i inne. Co zrobić, jeżeli ryby zostały wpuszczone do oczka zbyt wcześnie: 

1. Wymieniać częściowo wodę na tyle często, żeby nie doszło do zbyt wysokiego stężenia trujących związków, zwykle ok. 20% co 2-gi dzien. 

2. Dodać do wody preparat Cycle Hagena, lub Nitrivec Sery, zgodnie z instrukcja (korzystne jest dodanie części tego preparatu bezpośrednio do filtra). 

3. Ograniczenie, lub całkowite zaprzestanie karmienia ryb do czasu dojrzenia filtra.

 Bakterie nitryfikacyjne egzystują w filtrze przez cały czas życia stawu, o ile nie dojdzie do sytuacji zaburzających ten proces: 

1. Większość leków używanych do leczenia ryb, zabija również bakterie 

2. Bakterie są wrażliwe na promienie UV 

3. Okresowa przerwa w zasilaniu, bądź awaria filtra trwające dłużej, niż kilkanaście godzin, powodują znaczące zmniejszenie populacji bakterii (niedotlenienie) W tych sytuacjach oczko należy traktować tak, jakby było niedojrzale. 

Więcej informacji na temat cyklu azotowego można znaleźć na stronie: http://faq.thekrib.com/begin-cycling.html

                                                                       

 

Poniżej przytaczam pełny tekst źródłowy w oryginalnej nie zmienionej formie.

Beginner FAQ: The Nitrogen Cycle, and ``New Tank Syndrome''

What Is the Nitrogen Cycle?

Like all living creatures, fish give off waste products (pee and poo). These nitrogenous waste products break down into ammonia (NH3), which is highly toxic to most fishes. In nature, the volume of water per fish is extremely high, and waste products become diluted to low concentrations. In aquariums, however, it can take as little as a few hours for ammonia concentrations to reach toxic levels.

How much ammonia is too much? The quick answer is: if a test kit is able to measure it, you've got too much (i.e., it's in a high enough concentrations to stress fish). Consider emergency action (water changes and zeolite clay) to reduce the danger. (A more detailed discussion of ammonia toxicity can be found later in this section.)

In aquaria-speak, the ``nitrogen cycle'' (more precisely, the nitrification cycle) is the biological process that converts ammonia into other, relatively harmless nitrogen compounds. Fortunately, several species of bacteria do this conversion for us. Some species convert ammonia (NH3) to nitrite (N02-), while others convert nitrite to nitrate (NO3-). Thus, cycling the tank refers to the process of establishing bacterial colonies in the filter bed that convert ammonia -> nitrite -> nitrate.

The desired species of nitrifying bacteria are present everywhere (e.g., in the air). Therefore, once you have an ammonia source in your tank, it's only a matter of time before the desired bacteria establish a colony in your filter bed. The most common way to do this is to place one or two (emphasis on one or two) hardy and inexpensive fish in your aquarium. The fish waste contains the ammonia on which the bacteria live. Don't overfeed them! More food means more ammonia! Some suggested species include: common goldfish (for cold water tanks), zebra danios and barbs for warmer tanks, and damselfishes in marine systems. Note: Do not use ``toughies'' or other feeder fishes. Although cheap, they are extremely unhealthy and using them may introduce unwanted diseases to your tank.

 

During the cycling process, ammonia levels will go up and then suddenly plummet as the nitrite-forming bacteria take hold. Because nitrate-forming bacteria don't even begin to appear until nitrite is present in significant quantities, nitrite levels skyrocket (as the built-up ammonia is converted), continuing to rise as the continually-produced ammonia is converted to nitrite. Once the nitrate-forming bacteria take hold, nitrite levels fall, nitrate levels rise, and the tank is fully cycled.

Your tank is fully cycled once nitrates are being produced (and ammonia and nitrite levels are zero). To determine when the cycle has completed, buy appropriate test kits (see the TEST KIT section) and measure the levels yourself, or bring water samples to your fish store and let them perform the test for you (perhaps for a small fee). The cycling process normally takes anywhere from 2-6 weeks. At temperatures below 70F, it takes even longer to cycle a tank. In comparison to other types of bacteria, nitrifying bacteria grow slowly. Under optimal conditions, it takes fully 15 hours for a colony to double in size!

It is sometimes possible to speed up the cycling time. Some common procedures for this are detailed later in this section.

Warning: AVOID THE TEMPTATION TO GET MORE FISH UNTIL AFTER YOUR TANK HAS FULLY CYCLED! More fish means more ammonia production, increasing the stress on all fish and the likelihood of fish deaths. Once ammonia levels reach highly stressful or toxic levels, your tank has succumbed to ``New Tank Syndrome''; the tank has not yet fully cycled, and the accumulating ammonia has concentrations lethal to your fish.

How Much Ammonia Is Too Much?

In an established tank, ammonia should be undetectable using standard test kits available at stores. The presence of detectable levels indicates that your bio filter is not working adequately, either because your tank has not yet cycled, or the filter is not functioning adequately (e.g., too small for fish load, clogged, etc.) It is imperative that you address the problem (filter) in addition to the symptoms (high ammonia levels).

The exact concentration at which ammonia becomes toxic to fish varies among species; some are more tolerant than others. In addition, other factors like water temperature and chemistry play a significant role. For example, ammonia (NH3) continually changes to ammonium (NH4+) and vice versa, with the relative concentrations of each depending on the water's temperature and pH. Ammonia is extremely toxic; ammonium is relatively harmless. At higher temperatures and pH, more of the nitrogen is in the toxic ammonia form than at lower pH.

Standard test kits measure total ammonia (ammonia plus ammonium) without distinguishing between the two forms. The following chart gives the maximum long-term level of ammonia-N in mg/L (ppm) that can be considered safe at a given temperature and pH. Again, note that a tank with an established biological filter will have no detectable ammonia; this chart is provided only for emergency purposes. If your levels approach or exceed the levels shown, take emergency action IMMEDIATELY. 


			    Water Temperature
		pH	20C (68F)	25C (77F)
		_________________________________
		6.5	15.4		11.1
		7.0	5.0		3.6
		7.5	1.6		1.2
		8.0	0.5		0.4
		8.5	0.2		0.1

Minimizing Fish Stress During Initial Cycling

Should ammonia levels become high during the cycling process, corrective measures will need to be taken to prevent fish deaths. Most likely, you will simply perform a sequence of partial water changes, thereby diluting ammonia to safer concentrations.

As a final caution, several commercial products (e.g., ``Amquel'' or ``Ammo-Lock'') safely neutralize ammonia's toxicity. Amquel does not remove the ammonia, it simply neutralizes its toxicity. Biological filtration is still needed to convert the (neutralized) ammonia to nitrite and nitrate. Thus, adding Amquel causes the ammonia produced by the fish to be neutralized instantly, yet still allows the nitrogen cycle to proceed. Using Amquel during the cycling phase has one significant drawback, however. Amquel (and similar products) may cause ammonia test kits to give false readings, making it difficult to determine exactly when cycling has completed. See the TEST KIT SECTION for details.

It is also possible to cycle a tank without ever adding fish. The role fish provide in the cycling process is simply their steady production of ammonia; the same effect can be achieved by adding chemical forms of ammonia manually (e.g., ammonium chloride). However, it is a bit more complicated than using fish because the water chemistry needs to be monitored more closely in order to add the proper amount of ammonia on a day-to-day basis.

Speeding Up Cycling Time
(For the Impatient)

The nitrogen cycle can be sped up or ``jump started'' in a number of ways. Unfortunately, they require access to an established tank, which a beginning aquarist may not have available. The basic idea is to find an established tank, take some of the bacteria out of it and place them in the new tank.

Most filters have some sort of foam block or floss insert on which nitrifying bacteria attach. Borrowing all or part of such an insert and placing it in the new tank's filter gets things going more quickly.

If the established tank uses an undergravel filter, nitrifying bacteria will be attached to the gravel. Take some of the gravel (a cup or more) and hang it in a mesh bag in your filter (if you can), or lay it over the top of the gravel in the new tank (if it has an UGF).

If you have a box, sponge or corner filter, simply connect it to an established aquarium and let it run for a week or so. Bacteria in the water will establish a bed in the new filter. After a week, move the now ``seasoned'' filter to the new tank.

More recently, products containing colonies of nitrifying bacteria have become available at pet shops (e.g., ``Fritz'', ``Bio-zyme'', ``Cycle''). In theory, adding the bacteria jump-starts the colonization process as above. Net experience with such products has been mixed; some folks report success, while others report they don't work at all. In principle, such products should work well. However, nitrifying bacteria cannot live indefinitely without oxygen and food. Thus, the effectiveness of a product depends on its freshness and can be adversely effected by poor handling (e.g., overheating). Unfortunately, these products don't come with a freshness date, so there is no way to know how old they are.

Some (not many) aquarium stores will provide aquarium buyers with a cup of gravel from an established tank. A word of caution is appropriate here. Due to the nature of the business, tanks in stores are very likely to contain unwanted pathogens (bacteria, parasites, etc.); you don't want to add them to an established tank. For someone setting up their very first tank, however, all fish will probably be purchased from the same store, so the danger is relatively small, as the newly purchased fish will have been exposed to the same pathogens. If possible, seed a filter with bacteria from a non-store tank.

Of course, there are many variations on the above that work. However, it is a bit difficult to give an exact recipe that is guaranteed to work. It is advisable to take a conservative approach and not add fish too quickly. In addition, testing the water to be sure nitrates are being produced eliminates the guesswork of determining when your tank has cycled.

NEXT: Practical Water Chemistry
UP: Contents