Azot

[JackDaniels732]

AZOT
Jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków na ziemi. W chemii oznaczany literą N. W szczegóły chyba nie ma co wnikać. Jak już wspomniałem - w powietrzu lata tego 70%. No istny dostatek! Tylko sytuacja jest identyczna jak z wodą. Niby powierzchnia Ziemi to też w 70% woda. Tylko z tych 70% powierzchni ponad 96% to woda słona. Tak jak woda morska nie nadaje się do picia, tak azot cząsteczkowy nie nadaje się do przyswojenia przez rośliny. Trochę to naciągane, bo są gatunki roślin potrafiące dokonać tej trudnej sztuki oraz takie, które żyją w symbiozie z bakteriami wiążącymi azot atmosferyczny, ale w akwarium ta wiedza nam się na pewno nie przyda. No chyba, że ktoś wyhoduje groch submersyjny (znaczy się taki podwodny). Skąd w takim razie wziąć azot w akwarium? Sposoby są co najmniej dwa. Najprostszy i jednocześnie naturalny sposób to odchody zwierząt i rozkładające się resztki organiczne oraz sposób zupełnie nienaturalny czyli nawozy.
Zacznijmy zatem od odchodów i nie będzie to mimo wszystko sikanie do akwarium. Jak powszechnie wiadomo, ryby jedzą, trochę popływają a później wydalają. Takie życie – jak ktoś jeszcze nie oglądał filmu pod tytułem „Chłopaki nie płaczą” to polecam, temat kupy był w nim wyczerpany. Co ciekawe, temat nie dotyczy wyłącznie odchodów, bo cała masa związków azotu jest wydalana także przez skrzela i skórę. W odniesieniu do azotu w wyniku przemian biologiczno-chemicznych powstają różne związki azotu. Na tym etapie przyjmijmy roboczo, że będzie to głównie mocznik (CH4N2O) i odstawmy na bok pozostałe czyli amoniak (NH3), azotyny (NO2), i wreszcie upragnione (lub znienawidzone) azotany (NO3). To co powstanie zależy od paru parametrów wody - temperatury, pH, twardości, stopnia natlenienia i nasycenia CO2. Dokładnie te same parametry mają wpływ na ilość i występowanie określonych gatunków bakterii nitryfikacyjnych i denitryfikacyjnych. Zależność jest taka:
- im wyższa temperatura, tym reakcje chemiczne zachodzą szybciej,
- im twardsza woda, tym więcej bakterii,
- im więcej tlenu, tym więcej bakterii utleniających azot do postaci azotanów
A co z tym pH? A no to co zawsze słyszycie i czytacie – zejdź z pH poniżej 7 to będzie lepiej. I teraz moje ulubione pytanie - A dlaczego? Yyyy.. nooo bo ten. Bo w wodzie alkalicznej – czyli o pH powyżej 7 gromadzi się amoniak (NH3) powstały z mocznika. Zaś w wodzie kwaśnej przemienia się on w kation amonowy (NH4+). A na czym polega różnica? Na tym, że dodatni jon amonowy nie gromadzi się tak skutecznie, ponieważ jest, w odróżnieniu od amoniaku, częściowo przyswajalny przez rośliny. Z pozostałych związków przyswajalne są jeszcze mocznik i azotan. Azotyn oraz amoniak niestety przyswajalne nie są. Amoniak dzięki bakteriom nitryfikacyjnym nitrosospira zostaje utleniony i przyjmuje postać azotynu. Dokładnie to samo dzieje się z nieprzyswojonym amonem przy udziale bakterii nitrosomanas. Przebrnęliśmy przez sporą część chemicznego bełkotu, ale niestety na tym skończyć nie możemy, ponieważ azotyn jest silnie toksyczny dla naszych ryb już od stężenia 0,2mg/l. W wodzie kwaśnej przyjmuje postać kwasu azotowego, co wcale sytuacji nie poprawia. Z pomocą przychodzą kolejne bakterie o nazwie nitrobacter – utleniają azotyn do postaci azotanu i tu możemy zacząć klaskać z radości. Bo nie dość, że azotan jest przyswajalny przez rośliny, to jeszcze poziom toksyczności osiąga przy stężeniach grubo powyżej 100mg/l. Według różnych źródeł może to być nawet stężenie powyżej 300mg/l dla niektórych gatunków ryb. Według mojej wiedzy o wiele wcześniej zjedzą was glony zapewne koloru zielonego. Tu jest miejsce, w którym wypada dodać, że nie wszyscy zgadzają się co do składu gatunkowego bakterii nitryfikacyjnych i może to w dużej mierze zależeć od całej masy czynników zewnętrznych. W ten oto sposób przebrnęliśmy przez proces nitryfikacji. Zachodzi on głównie w filtrze biologicznym oraz podłożu. O mediach filtracji biologicznej może pisał nie będę, informacji na ten temat jest dużo. Trzeba brać jednak poprawkę na to, że typowe tzw. media filtracji biologicznej nie muszą znaleźć zastosowania w każdym akwarium. Czasem wystarczy gąbka a w skrajnych przypadkach nitryfikacja występująca w podłożu może okazać się na tyle skuteczna, że natlenianie wody cyrkulatorem będzie załatwiało sprawę przemian azotu. Ale to nadal nie jest koniec, bo w przyrodzie oraz naszym akwarium zachodzi także proces kolejny, czyli denitryfikacja. Polega to na zachodzeniu procesu nieco innego niż wyżej omówiony, czyli upraszczaniu azotanu aż do postaci azotu cząsteczkowego przez bakterie denitryfikacyjne w środowisku beztlenowym. Nitryfikacja dodawała do cząsteczki atomy tlenu, denitryfikacja je znów zabiera. Finalnie możemy doczekać się dokładnie takiej formy pierwiastka jak ta występująca w atmosferze. Z resztą dokładnie tam trafia on z wody. Proces ten potrzebuje środowiska pozbawionego tlenu i kilku innych czynników. W większości akwariów ma on zazwyczaj znaczenie marginalne. Urządzenie usuwające nadmiar azotu nazywamy denitryfikatorem. Zbudować takie cudo techniki możemy sami z długiego kawałka węża ogrodowego i kiepskiej, to znaczy mało wydajnej pompy wody. Przepływ powinien być bardzo mały w porównaniu do filtrów kubełkowych i ma na celu pozbawienie wody tlenu w procesie nitryfikacji, żeby w środowisku beztlenowym, w pozostałej części denitryfikatora mógł zajść proces denitryfikacji. Przy okazji takie urządzenie zużywa sporo fosforu i prostych organicznych związków węgla. W przemysłowych denitryfikatorach, jako żódło węgla, najczęściej służy alkohol lub związki nadwyraz przypominające ocet.
To byłoby na tyle. Oczywiście na tyle jeśli mowa o nieorganicznych związkach azotu. Cofnijmy się do początku materiału gdzie mowa była o moczniku. Jest to ostatnie stadium rozpadu organicznych związków azotu. A teraz cofnijmy się jeszcze bardziej i przeanalizujmy pobieżnie od samego początku związki organiczne. Pochodzą one z gnijących roślin i zwierząt oraz z odchodów ryb. Ryba jest w stanie strawić określoną ilość pokarmu w ciągu dnia. Zeżreć natomiast potrafi znacznie więcej. Zależność jest taka, że im bardziej strawiony pokarm, tym prostsze będą związki azotu w odchodach i szybciej zostaną przetworzone na związki nieorganiczne. Druga i prostsza zależność to mniej odchodów - mniej azotu w wodzie. Proste. W najbardziej ekstremalnej sytuacji mamy przekarmione ryby i kumulację odchodów, gnijące rośliny i resztki karmy na dnie. Taki stan rzeczy to nic innego jak proszenie się o kłopoty. Tak czy inaczej przyjmijmy, że początek procesu rozkładu związków organicznych azotu zaczyna się od białka i kwasów nukleinowych. Dalej mamy do czynienia z dwoma procesami. Pierwszym z nich jest mineralizacja/amonifikacja - czyli względnie szybki mikrobiologiczny rozpad do postaci związków nieorganicznych. W trakcie tych przemian powstają między innymi aminokwasy, które mogą być w niewielkich ilościach przyswajane przez rośliny oraz we wcześniejszym stadium peptony i polipeptydy. W tym miejscu należy wspomnieć, że niektóre powstające w tym procesie związki, są silnie toksyczne, lecz zazwyczaj nie osiągają wysokich stężeń. Na samym końcu otrzymujemy mocznik, który przy pomocy enzymu ureaza jest absorbowany przez rośliny. Z tym co zostanie w wodzie wiadomo już co się dzieje. Drugi proces to humifikacja. Jest to powolna przemiana trudno rozkładających się związków organicznych takich jak chociażby celuloza czy lignina. I tutaj powinno zaświtać coś w głowie. Humus, celuloza i lignina. Składa się to w jedną całość - korzeń. Dokładnie to dzieje się z korzeniami w akwarium. Rozpadają się wolniutko i wydzielają do wody związki humusowe. Między innymi są to kwasy humusowe stąd zjawisko lekkiego zakwaszania wody. Ale dotyczy to wszystkich gnijących resztek organicznych w mniejszym lub większym stopniu. W długotrwałym procesie następuje dalszy rozpad i mineralizacja.
To byłoby na tyle, jeśli chodzi o przemiany związków azotu. Pozostaje jeszcze odniesienie wszystkiego do roślin. Jak już wcześniej wspomniałem, potrafią one wchłonąć mocznik, związki azotanowe i amonowe. Rośliny przyswajając ten pierwiastek dokonują procesu odwrotnego do poprzednio opisanych. Azot jest jednym z głównych pierwiastków budulcowych tkanek. Wchodzi także w skład chlorofilu. Ma jeszcze jedną właściwość. Mianowicie należy do grupy pierwiastków mobilnych. Oznacza to, że roślina w chwili niedoboru pierwiastka potrafi przetransportować go z jednej części do innej. Zazwyczaj wiąże się to z ratowaniem stożków wzrostu i przetransportowaniem odpowiednich pierwiastków do najmłodszych liści. W związku z tym niedobór azotu uwidacznia się głównie na starszych liściach. Żółkną, dziurawią się i odpadają. Przedawkowanie azotu pominę, bo najprawdopodobniej przed jego wystąpieniem glony wszystko zarosną a ryby pozdychają.
W zasadzie na tym chciałem zakończyć, ale przyszedł mi do głowy jeszcze jeden wątek związany z azotem. Mianowicie wystartowanie procesu nitryfikacji. Jest z tym niemałe zamieszanie. Sporo doświadczeń ukazuje brak efektów jak i znaczne przyspieszenie procesu namnażania bakterii nitryfikacyjnych przez zastosowanie szczepów sprzedawanych w sklepach. Sporo w tym temacie publikował Dr Hovanec. Jest jedno ale. Bakterie nie będą mnożyć się, jak nie będą miały pokarmu. Ogólnie przyjęty schemat zakładania akwarium jest taki - żwirek czyściutki, wypłukany 10 razy i wyparzony, szkło umyte i zdezynfekowane, wszystko czyściutkie aż się świeci i zalewamy wodą. Na zdrowy rozsądek nie mam pojęcia skąd w takim akwarium miałby wziąć się azot a tym bardziej bakterie nitryfikacyjne. To znaczy bakterie będą, ale co mają jeść żeby się rozmnażać? I nie sądzę, żeby dodanie korzenia coś tu pomogło, bo twarde przygotowane odpowiednio drewno niespecjalnie chce gnić. Pół biedy jeśli posadzimy jakieś rośliny. Z nich zawsze coś tam odpadnie i wzbogaci wodę o azot organiczny. Jak do tej pory najlepszym starterem w akwarium są np. ślimaki. Ewentualnie można pokusić się o dodanie do wody mocznika - do kupienia jako nawóz w sklepach ogrodniczych. Wtedy proces nitryfikacji zacznie się rozkręcać. Dodatkowo można dodać do nowego podłoża część podłoża z funkcjonującego akwarium. To samo dotyczy mediów filtracyjnych ze starego akwarium lub całego filtra, ewentualnie można dolać część wody, w której też będą bakterie ale w niewielkiej ilości w porównaniu z poprzednimi metodami. Niestety nikt nie jest w stanie określić jaki czas i w jakiej ilości bakterie przeżyją bez dostępu do przepływającej natlenionej wody. Oczywiście zmiany temperatury też mogą ubić wszystkie bakterie nitryfikacyjne i cała robota pójdzie na marne. A w zasadzie nie tyle zabić co wprowadzić sporą ich część w stagnację. Tak czy inaczej nie będą działać tak jak powinny. Innym sposobem wprowadzenia azotu do wody, jest wpuszczenie jakiejś niewielkiej odpornej ryby do akwarium dojrzewającego, ale tylko na zasadzie “pioniera” a nie docelowej obsady zbiornika. Jedna uwaga - jeśli okaże się, że jednak azot w odzie był - może zdechnąć. Tak czy inaczej obsadę powinno zwiększać się stopniowo wraz ze wzrostem liczebności bakterii nitryfikacyjnych. Oczywiście są od tego odstępstwa, bo w przypadku stosowania ziemi w podłożu, zwłaszcza tej z dodatkiem nawozów oraz niektórych żyznych podłoży aktywnych nitryfikacja powinna zaskoczyć bez najmniejszego problemu. Kolejny wątek związany z tym tematem, to napowietrzanie wody. Każdy akwarysta, który spędził na zdobywaniu wiedzy dotyczącej tego jakże zacnego hobby wie, że w akwarium nie używamy absolutnie napowitrzacza, a wodę natleniamy przez ruch tafli. Pół biedy, jeśli jest to akwarium roślinne bez przerybienia i już jakiś czas funkcjonujące. Wyłączanie napowietrzania w dojrzewającym akwarium powoduje spowolnienie procesu namnażania bakterii, bo poza azotem potrzebują sporej ilości tlenu. Jak wiadomo w całej tej akcji pomaga podłoże - w nim również gromadzi się pokaźna ilość bakterii. Im więcej tlenu w wodzie będzie, tym podłoże “głębiej” się natleni. Objawem niedotlenienia bakterii może być powstawanie tzw. filmu bakteryjnego na powierzchni wody. Jest to o tyle kiepska sprawa, że dodatkowo powiększa zaistniały problem. Natlenianie praktycznie zawsze go rozwiązuje.
Ostatnią kwestią jest nadmiar azotu prowadzący do rozrostu glonów i pogorszenia kondycji ryb. Pierwszym krokiem są regularne podmiany wody, zbieranie gnijących fragmentów roślin, wycinanie tych zaglonionych, które za chwilę też będą gnijącymi i czyszczenie gąbek w filtrach. Ten ostatni punkt zazwyczaj trzeba powtarzać przez jakiś czas, bo standardowo kumulacja azotu wiąże się ze sporym syfem w zbiorniku. I nie ważne ile to lat ludzie kubłów nie otwierają, to jest ten czas, że trzeba ogarnąć gąbki a czasem nawet przepłukać media biologiczne. Jeśli to nie skutkuje - okresowe odmulanie dna. Ewentualnie denitryfikator, ale to jest zabawa dla bardzo cierpliwych. Są też dostępne preparaty wiążące związki azotu. W akwariach z mocnym światłem oraz przy podawaniu dwutlenku węgla prawdopodobnie kumulacja azotu związana jest z brakiem innych niezbędnych do fotosyntezy pierwiastków. W pierwszej kolejności wyczerpuje się potas. Jeśli to nie potas to wypadałoby zmierzyć dodatkowo fosfor i żelazo, bo te pierwiastki przyswajane są niejako w “komplecie” i dają bardzo podobne objawy niedoborów na roślinach. W tym przypadku może okazać się, że niezbędne jest dodatkowo uzupełnienie powstałych braków przy pomocy nawozów. I to z grubsza tyle. Jeśli komuś wydaje się to trudne, to na pocieszenie mogę dodać, że jest to tylko prześlizgnięcie się po temacie a już na pewno nie jego wyczerpanie.