Азотный цикл: Нитрификация. Аммонийный азот. Нитритный азот. Аммонификация
Бактерий-нитрификаторов можно назвать одними из самых удивительных живых существ на Земле. Для жизни им необходимы только минеральные вещества. Такие формы жизни биологи называют хемоавтотрофными, они встречаются лишь у некоторых бактерий, в нашем случае – нитрификаторов. Для пластического обмена (роста и развития) они используют воду, углекислый газ и аммоний. Энергию и восстановители для пластического обмена они добывают только в результате кислородного окисления аммиака и нитритов. Энергетический выигрыш этих реакций невелик, поэтому для роста и развития бактерии-нитрификаторы вынуждены «перелопачивать» огромное количество аммонийного и нитритного азота. Понятно, что желающих вести столь аскетичный образ жизни, весьма немного. В отличие от довольно многочисленных аммонификаторов, бактерии-нитрификаторы выделены лишь в одно семейство Nitrobacteraceae, насчитывающее всего 8 родов. Их можно разделить на две группы: группу родов (5 из 8), представители которой окисляют аммиак до нитритов (первая фаза нитрификации) и группу родов, представители которой окисляют нитриты до нитратов (вторая фаза нитрификации). Это «разделение труда» отражено и в их названиях. Название родов бактерий первой фазы нитрификации начинается с Nitroso-: Nitrosоmonas, Nitrosospira, второй - с Nitro-: Nitrobacter, Nitrococcus. Честь открытия хемоавтотрофной формы жизни принадлежит нашему соотечественнику, русскому микробиологу С. Н. Виноградскому. Именно он в 1890 г. блестяще доказал способность бактерий- нитрификаторов расти только на минеральных субстратах. Он же доказал, что органические вещества способны подавлять рост этих микроорганизмов.
В аквариумистике сопряженную работу двух звеньев азотного цикла – аммонификации и нитрификации принято называть биологической фильтрацией. Для ее нормального функционирования в условиях аквариума, необходимы насыщенная кислородом вода и подходящий субстрат для поселения бактерий.
Бактерии-нитрификаторы входят либо в состав перифитона, либо являются компонентами ила. Представители первой фазы нитрификации развиваются как правило в перифитоне совместно с бактериями-аммонификаторами. Поэтому в сбалансированном аквариуме образующийся аммиак «съедается» на месте возникновения, и поэтому появление в воде аммонийного азота часто бывает связано с развитием планктонных аммонификаторов. Ввиду невысокой скорости метаболических процессов у бактерий-нитрификаторов по сравнению с аммонификаторами, их численность начинает стабилизироваться лишь на третьей неделе со дня зарядки аквариума. Это выражается в исчезновении из воды нитритов – опасного промежуточного продукта нитрификации. Лишь после этого аквариум становится пригодным для заселения.
В отличие от аммонификации, сбой работы нитрифицирующего звена азотного цикла в условиях аквариума встречается реже, но это пожалуй самая грустная ситуация. Дело в том, что длительность стабилизации необходимой численности бактерий-нитрификаторов напрямую связана с эффективностью их энергетического обмена. У бактерий второй фазы нитрификации эффективность энергетического обмена втрое ниже, чем у бактерий первой фазы. Поэтому, если появившийся в воде аквариума аммоний перерабатывается за 3, максимум - 5 дней, то бактерии второй фазы нитрификации перерабатывают образовавшийся нитрит в нитрат соответственно за 9-15 дней. Столь продолжительный контакт с ядом способны выдержать далеко не все обитатели аквариума. Коварство нитритов заключается еще и в том, что внешние проявления вроде помутнения воды, отсутствуют. Нитриты можно обнаружить только аналитически, используя соответствующие гидрохимические тесты. Об этом уже писал на страницах журнала «Аквариум» И. И. Ванюшин. Сюда же следует добавить и повышенную чувствительность бактерий второй фазы нитрификации к органическим веществам (сильно заиленные биофильтры, грязные поролоновые губки для механической фильтрации) и многим антибиотикам. Надежных технических помощников, убирающих нитриты, пока не изобрели. Массированные подмены воды, в отличие от ситуации с аммонийным азотом, совершенно бесполезны. При наличии в хозяйстве нескольких аквариумов, можно воспользоваться «мобильными» биофильтрами, работающими под нагрузкой в других аквариумах, или «рабочими» поролоновыми губками из стабильных аквариумов. По наблюдениям, в этом случае для исправления ситуации достаточно 3-5 дней.
Подобные нарушения могут возникать и в ситуациях, когда в аквариум залпово сажается большое количество рыб, особенно если их необходимо усиленно кормить. Биологическая система очистки не может быстро справиться с резко возросшей нагрузкой и в воде появляются токсичные азотистые соединения. Причем с аммонийной нагрузкой аквариум справляется достаточно быстро, а нитритный азот удерживается заявленных 1,5-2 недели, обесценивая труд аквариумиста. Как уже отмечалось, надежных внешних проявлений присутствия нитритов в воде аквариума нет, так же как и нет специфических внешних симптомов, по которым можно установить нитритное отравление у рыб. Диагноз можно поставить только на основании результатов гидрохимических анализов, благо необходимые для этого тесты на рынке зоотоваров представлены достаточно широко.
