Что такое биологическое равновесие в аквариуме
Что такое биологическое равновесие в аквариуме
Аквариум не что иное как водоем в миниатюре со своими законами и правилами. За внешним спокойствием и умиротворенностью скрывается активная жизнь. Здесь постоянно протекают биологические и химические процессы. Задача аквариумиста – достичь биологического равновесия или биобаланса, когда продукты жизнедеятельности всех организмов в совокупности (растений, рыб, микроорганизмов) успевают разрушиться и усвоиться без вреда друг для друга. Как добиться успешного становления биологического равновесия в аквариуме, поговорим далее.
Помутнение воды как явный и видимый признак нарушения биобаланса
Главный признак того, что аквариум не в порядке – помутнение воды. Логичное решение – смена воды – не принесет желаемого результата. Достаточно скоро вода снова станет мутной. Что влияет на биобаланс и как достичь желанного равновесия в маленькой экосистеме?
Что такое азотный цикл и его значение для биобаланса
В течение жизни рыбы и прочие аквариумные обитатели выделяют органические отходы. Органика гниет и образует аммиак. Его же выделяют рыбки во время дыхания. Это чрезвычайно токсичный элемент. Он может привести к гибели всего живого в закрытой экосистеме.
Содержание аммиака в воде провоцирует рост бактерий. В результате их деятельности вредный и опасный элемент преобразуется в нитриты, а затем в нитраты.
Нитраты представляют собой отличное удобрение для растений. Растения с удовольствием поглощают рыбы и прочая живность.
Процесс распада аммиака на нитриты и нитраты или азотный цикл часто называют синдромом нового аквариума, но этот процесс постоянно происходит в аквариумной среде. Просто в новом нет устоявшейся экосистемы, поэтому азотный (аммиачный) цикл имеет скачкообразный характер и может испортить жизнь владельцу, добавив новые заботы.
Пять важных факторов биологического равновесия (биобаланса)
Грунт как элемент биобаланса
Этот элемент аквариумной среды является важной составляющей для всех обитателей. Грунт не только является декоративным элементом аквариума, придавая аквариуму красивый вид.
Один из признаков проблем с грунтом: его обитатели эвакуируются на растения или стекло. Если вы заметили переезд моллюсков, обычно проживающих в грунте, срочно принимайте меры по реанимации водной среды.
Фильтр как элемент биобаланса
Здесь происходит очистка и оздоровление воды: уничтожение органических отходов, химических веществ и токсичных соединений. Именно в аквариумном фильтре поселяется большая часть аэробных нитрифицирующих бактерий, которые преобразуют вредный аммиак в относительно безопасные нитраты.
Поэтому чем больше губка в фильтре, тем больше в ней поселится полезных бактерий, а следовательно, биологическое равновесие будет максимально стабильным. Для сохранения баланса среды фильтр должен работать даже в кристально чистом аквариуме 24 часа в сутки.
Растения как элемент биобаланса
Роль растительности отнюдь не только декоративная. Живые растения питаются углекислым газом, который выделяют рыбы и другие обитатели водного пространства, тем самым обогащая воду кислородом, необходимым для дыхания рыб.
Участие в очищении среды аквариума делает растения очень важным элементом искусственного водоема и биологического равновесия в нем. Дело в том, что растения удаляют из воды нитраты, от которых в отсутсвие растений можно избавиться только периодической подменой воды в аквариуме.
Бактерии как элемент биобаланса
Эти важные жильцы закрытого маленького водоема очищают аквариум от продуктов распада растений и отходов рыб, преобразуя ядовитые аммиак и аммоний сначала в не менее ядовитый нитрит, а затем в ядовитый только в больших количествах нитрат. Нитрифицирующие бактерии являются аэробным организмом, которому необходим растворенный в воде кислород.
Вот почему для стабильного биологического равновесия в аквариуме должна присутствовать аэрация. Кроме того, только при доступе кислорода возможно окисление органических веществ в аквариуме (остатки корма, отходы жизнедеятельности рыб, подгнившие листья растений и прочее). В отсутствии же кислорода полезные аэробные нитрифицирующие бактерии сменяются небезопасными в вредными анаэробными бактериями, которые вырабатывают опасный для жизни аквариумных обитателей сероводород.
Влияние объема и количества обитателей на биобаланс в аквариуме
Биобаланс в аквариуме напрямую зависит от его размеров. Если аквариум будет слишком маленьким для рыбы, то создать благоприятную атмосферу просто не получится. Кроме рыб здесь живут растения и бактерии. Им всем должно хватать места для благополучного сосуществования.
При несоответствии объема количеству обитателей или их размерам экосистема начнет хромать. Бактерии не будут справляться со своей задачей и не смогут вычищать воду от продуктов деятельности рыб и растений. Именно поэтому рекомендуется покупать аквариум объемом не менее 30-50 литров, так как в аквариумах меньшего объема (так как называемые наноаквариумы) труднее добиться стабильного биологического равновесия закрытой биосистемы.
Как узнать, что с биологическим равновесием (биобалансом) все в порядке
В вашем аквариуме все отлично, если налицо несколько простых условий:
1. Вода прозрачная и идеально чистая
2. Растения правильно развиваются и постоянно дают новые листочки
3. Обитатели с удовольствием и большим аппетитом питаются, чувствуют себя бодрыми и энергичными
Биобаланс в новом аквариуме
В отличие от природного водоема аквариум – это закрытая экосистема. Нарушить равновесие в ней очень просто. Для создания благоприятной атмосферы всем обитателям закрытого водоема важно не только поддерживать баланс, но и правильно его запустить. Запуск аквариума и для профессионала непростая задача, а для новичка – очень серьезное испытание.
Примерная последовательность действий при запуске аквариума
День первый. Устанавливаем аквариум, укладываем грунт, наливаем воду. Важно дать воде отстояться.
День четвертый. Включаем аэрацию и фильтр.
День шестой. Высаживаем растения.
День девятый. Запускаем улиток. Азотный цикл ускоряется.
День четырнадцатый. Запускаем первую партию рыбок. На этом этапе значительно повышается уровень нитритов. Бактерии усиленно размножаются и преобразуют их в нитраты. Преобразование аммиака в полезные вещества получает замкнутый цикл. Создается биобаланс среды нового аквариума.
День тридцатый. Запускаем оставшихся рыбок, для которых готова безопасная среда.
Совет. Профессионалы советуют при запуске нового аквариума использовать воду из старого жилища рыб. Элемент устоявшегося биобаланса поможет значительно ускорить процесс создания равновесия в новом аквариуме.
Как ускорить запуск нового аквариума. Препараты для ускорения установления биобаланса в аквариуме
Установление биобаланса при запуске нового аквариума требует огромного терпения и большого количества времени. Производители рекомендуют специально разработанные средства для ускоренного создания равновесия. Приведенные ниже препараты содержат культуры нитрифицирующих бактерий, позволяя ускорить старт только что запущенного аквариума.
Итак, для ускорения создания биобаланса в аквариуме можно использовать специальные средства.
Используется в новых аквариумах или при нарушениях биобаланса в старых.
Полезные действия: уменьшает количество аммиака и нитрата при помощи размножения бактерий.
Преимущества: самый главный плюс – короткий срок годности (полгода). За это время препарат не теряет своих свойств, в отличие от зарубежных аналогов.
Применение: взболтать флакон, внести препарат из расчета 1,3 мл на 7 л, в течение семи дней вносить ежедневно в количестве 0,5 от первой дозы. Передозировка невозможна.
2. Tetra SafeStart
Тетра СэйфСтарт содержит специально выращенные живые нитрифицирующие бактерии, которые существенно сокращают количество вредного аммиака и нитритов в аквариуме. Уменьшает уровень содержания аммиака до 14 раз, а содержания нитритов до 10 раз.
Хранится 12 месяцев без охлаждения при температуре между 2°C и 30°C. Для всех пресноводных аквариумов.
Применение: Хорошо взболтать содержимое флакона и добавить 5 мл средства на 6 литров аквариумной воды.
3. Sera Bio Nitrivec
Используется для оперативного запуска аквариумов.
Полезные действия: снижает уровень аммиака и нитритов, предотвращает их накопление.
Применение: еженедельно из расчета 10 мл на 25 л.
Уборка в аквариуме для поддержания равновесия также важна, как уборка в любом другом месте. Главный принцип в этом деле – регулярность.
Фильтр
В процессе работы фильтр неизбежно засоряется, поэтому чистить его нужно регулярно. Основные элементы, которые необходимо регулярно прочищать, это губка и фильтрующие части.
На поверхности губки поселяются колонии бактерий, необходимых для поддержания равновесия. Чтобы не разрушить неграмотными действиями биобаланс, губку мощного внутреннего фильтра чистят не чаще одного раза в месяц, слабого по мощности – раз в две недели. Фильтрующие элементы меняют один раз в полгода.
Правила чистки аквариумного фильтра
1. Табу на какие-либо чистящие средства
2. Промывать только водой, слитой из аквариума
Грунт
Для чистки грунта нужно использовать сифон. Принцип действия: при помощи мощной струи воды легкие части (грязь, отходы, продукты распада) вымываются, а тяжелые оседают обратно.
Вода
Полностью менять воду в аквариуме не стоит. Достаточно на еженедельной основе обновлять пятую часть (если аквариум от 50 литров) или третью часть (если аквариум менее 50 литров) воды. При этом удаляются ядовитый аммиак и излишки нитратов, возмещается минеральный баланс. Равновесие аквариума не нарушается. Для подмены необходимо использовать отстоянную не менее суток воду.
Как достичь баланса в аквариуме и сохранить его
Каждый любитель должен научиться управлять химическими и биологическими процессами, происходящими в аквариуме — и тогда его аквариум станет чистым и красивым, а рыбы и растения будут правильно расти и развиваться.
Прежде всего остановимся на воде. Правильный состав воды очень важен для создания необходимого режима. Обычная водопроводная вода по составу в большинстве случаев пригодна для аквариума. Но она предварительно должна быть подготовлена. Воде прежде всего надо дать отстояться (от 6 до 15 дней). За это время избыток хлора и других газов уходит в воздух, устанавливается определенный газовый состав, появляются микроорганизмы; вода как бы «оживает».
В воде не должно содержаться большого количества солей кальция и магния. Жесткость может колебаться в пределах 4-10°. Очень жесткую водопроводную воду нужно смягчить, добавив хорошо отстоянной дистиллированнрй, катионированной или дождевой воды. Реакция воды должна быть слабо-кислая или нейтральная (рН-6.8-7) и содержать определенное количество дубильных веществ и растительных экстрактов. Для подкисления воды в нее добавляют строго определенное количество химически чистых соляной или ортофосфорной кислот. Они обычно продаются в концентрированном виде, поэтому перед употреблением их нужно разбавить водой до слабой концентрации (8-10%) и только тогда добавлять по каплям в воду. После внесения порции кислоты воду надо тщательно перемешать и дать ей постоять, затем определить значение рН, которое не должно превышать заданного, иначе будут гибнуть рыбы и растения.
Можно использовать и другой способ подкисления воды: добавление верхового торфа и его экстракта дает кислую реакцию. В этом случае, кроме гуминовых кислот, в воду попадает какое-то количество дубильных веществ и растительных экстрактов. Очень хорошо сочетать оба способа понижения рН.
Большое значение имеет температура воды. В аквариуме со слишком холодной или теплой водой очень трудно создать биологическое равновесие. Температура воды должна быть не ниже 22 и не выше 26°. Слишком низкая температура (15-18°) вредно действует на рыб и растения. Рыбы делаются вялыми, плохо едят и значительно медленней развиваются. Самое страшное то, что в этих условиях они очень подвержены заболеваниям.
Растения же при низкой температуре очень плохо растут и в конце концов погибают.
При слишком высокой температуре воды (28-32°) у рыб усиливается обмен веществ, что приводит к преждевременному старению и гибели. В таких условиях рыбы очень часто не поддаются разведению. В воде усиливаются все химикобиологические процессы, а это зачастую приводит к печальным последствиям: нарушается газообмен, увеличивается содержание углекислого газа, в результате чего у рыб наступает кислородное голодание, а затем и гибель.
Грунт в аквариуме необходимо сделать с таким расчетом, чтобы в нем могли хорошо расти растения. Для этого берут промытый крупнозернистый (3-5мм) темный речной песок. Мелкий белый или желтый кварцевый песок не пригоден, так как он ложится плотным слоем и препятствует доступу кислорода и питательных веществ к корням растений. В этом случае постепенно нижние слои песка темнеют, образуется сероводород. Корни растений чернеют, корневая система загнивает и растения гибнут.
Под речной песок желательно положить немного хорошо вываренного торфа, речного ила или серой глины. В таком грунте хорошо растут и развиваются многие аквариумные растения. Но прежде чем приступить к посадке, надо подобрать их по видам с таким расчетом, чтобы они хорошо прижились друг с другом. Можно сочетать все виды эхинодорусов с криптокоринами; все виды апоногетонов с кабомбой, людвигией, мириофиллумом и валлиснерией.
Чтобы растения росли хорошо, аквариум нужно освещать в течение 10-12 час. Освещение должно быть верхним. Мощность нескольких лампочек накаливания (криптон) — 80-120вт на 10-15-ведерный аквариум. Если аквариум недостаточно освещен, в большом количестве развиваются бурые водоросли, окрашенные в желто-коричневый цвет. Они образуют коричневый налет на стенках аквариума и листьях растений, отчего последние начинают гибнуть.
Нельзя устанавливать аквариум на ярком солнечном свету, так как в этом случае очень интенсивно начинают развиваться зеленые водоросли. Стенки аквариума и листья растений очень быстро зарастают, нарушаются химико-биологические процессы, вода «зацветает», растения гибнут.
Аквариум нужно плотно закрывать, чтобы в него не попадала пыль и бактерии. Желательно устроить в нем постоянную аэрацию воды и установить фильтр.
В аквариуме не должно быть излишков несъеденного корма, так как он начинает загнивать.
В хорошо и правильно оборудованном аквариуме, когда он не перенаселен (1-2 рыбки на 3-4 л воды), происходит полный нормальный круговорот питательных веществ и газов, и всегда сохраняется биологическое равновесие.
Баланс
Что же такое “баланс” в аквариуме?
Я когда-то приводил в споре с самым друидским из всех рунетовских друидов такой аргумент. Вот есть у меня на даче небольшой пруд. Текла речка-вонючка, расширили русло – открылось много родников, поставили дамбу. Появился пруд. Так посмотришь, никакого течения. Ну, поплавок за 5 минут на метра три уходит. Речка давно пересохла, а пруд жив. Решили его почистить. Спустили воду, почистили, опять закрыли дамбу. Пруд заполнился за три недели. Т.е. треть объема в неделю поступление чистой воды, 30% в неделю. Тебе эта цифра ничего не напоминает?
Короче, к чему я. К тому что даже в природе нет закрытых систем – есть только открытые, с обменом энергией и веществом с окружающей средой. Тем более, аквариум. Тогда что такое баланс в аквариуме? Ну так все очень просто. Согласно определения выше, баланс в аквариуме, это когда мы что-то в аквариум привнесли, он что-то из этого смог потребить на нужные для нас цели (рыбы, растения), а что не смог потребить и что выдал нам в виде отходов своего потребления, мы из аквариума удалили, не оставив в нем ничего лишнего (ну, например, нежелательных водорослей, нежелательных веществ и т.д.).
Оборот вещества в аквариуме
Давай разбираться. Что в аквариум поступает естественным путем? В аквариум поступает какое-то количество органических веществ, преимущественно в виде белка – продукты распада корма, отходов жизнедеятельности рыб и остатков подгнивающих растений (ну, если, конечно, не лить в него какой-нибудь ацетон в виде смывки для лака), в аквариум поступает какое-то количество неорганических соединений, преимущественно в виде ионов различных солей (в основном с подменяемой водой, но часть образуется опять же в процессе переработки органики, но есть и поступления аммиака в чистом виде – рыбы выделяют аммиак при дыхании и с мочой, в аквариум поступает кислород (в основном из атмосферы, растворяясь в поверхностных слоях воды и дальше вниз при перемешивании воды и, конечно, в процессе фотосинтеза растений), в аквариум поступает углекислый газ (от дыхания рыб и растений и в результате гниения органики) и в аквариум поступает энергия в виде фотонов света. Я пока умышленно не касаюсь того, что мы дополнительно привносим в аквариум в виде удобрений, СО2, аэрации и т.д.
Теперь ты поняла, что есть баланс в аквариуме и почему такая важная роль отводится подменам?
Вообще, про баланс можно говорить часами – тема неисчерпаемая. Очень близко к понятию биобаланс находится еще одно мудреное слово – “лимитирующий фактор”. Напомни как-нибудь, расскажу тебе о нем на досуге.
Бактерии как одна из основ биологического равновесия в аквариуме
Как-то поговорили мы с Наташей на эту тему.
С грунтом тоже все нормально. Так чтоб где-то закис – такого нет. Ну, может местами немного подкисал, но не сильно. И сказать, что коряги что-то излишне выделяют тоже не могу – готовились по всем правилам. Декора щелочного нет, все камни нейтральные. Короче, оформлен по всем правилам, обычный нормальный аквариум с установившейся триадой. А что-то не то – и водоросли есть немного, и растения не так растут, как хотелось бы, и органики многовато, хоть я и чищу воду периодически коагулянтом. Да и уголь с цеолитом иногда использую. Вот не то что-то и все. Грустный он какой-то. Вот такой был.
При первом же подходе к этому аквариуму внесла. BIO DIGEST я влила 1 ампулу на мои 600 л, а BIO TRACE тоже одну, хоть надо было три)). И ушла на две недели.
Обрастания исчезли, растения активно тронулись в рост, аквариум явно посвежел!
Один из них – 200 л растительный, рыбы не много, средне.
Возраст аквариума пять лет. Всегда необъяснимо присутствует бороденка. Не катастрофично, но заметно портит впечатление. После внесения препаратов аквариум посвежел. Растения ярче, вода прозрачнее. Но проблема не решилась. Все осталось как и было до препаратов. После отмены тоже, конечно, ничего не изменилось.
Второй – псевдоморе 250 л, густонаселенное с хорошей фильтрацией, обильным кормлением и обычными проблемами перегруза. Проблемы не глобальные. После внесения препаратов чуда не случилось, все осталось без изменений.
Другими словами, я пришла к выводу, что если проблемы в аквариуме связаны с каким-то перекосом в колониях необходимых бактерий, то препарат поможет, и существенно. Ну, а уж если проблемы в чем-то другом, с бактериями не связанным (ну, например, свет, перекос по удобрениям, перекорм и т.д.), то нужно искать собственно причину.
Проверял я, как и ты, на трех аквариумах. Первый – моя домашняя 250-литровка. Я, конечно, человек скромный, но проблем там у меня нет. Во всяком случае, я их не наблюдаю. ))) Вода кристальная, рыбы все в норме, растения нормально растут, водоросли дохнут, даже если я специально туда зараженные растения подсаживаю. Соответственно и препарат – что лил, что не лил. Зря выкинул 300 грн за один комплект. 😆
Второй аквариум был… Ну он был полностью убитый – 500 л, три огроменные коряги, фонящие неизвестно чем, и которые так стоят, что под ними вообще не просифонить, а вынуть – разбомбить пол-аквариума, щелочной грунт, слабый свет… Ну и соответственно весь полный джентльментский набор водорослей. Хоть учебник пиши.
Туда сделал два внесения. Пока вносил, было еле-еле, немного улучшение. Когда перестал вносить, проблемы вернулись.
Ну и третий аквариум – типа твоего первого. Вроде как бы ничего, а вроде и что-то не то. Вяленько. Вот там небольшое чудо и случилось. )) Вносил, кстати, только один раз. Ничего в обслуживании не менял, все специально оставил без изменений. И вот там-то меня сюрприз и ждал. Аквариум просто на глазах стабилизировался – очистились растения, очистился декор, все начало как-то гармонично так расти. Он вроде и такой как был, а вроде и совсем другой стал – красивый.
Кстати, интересно, как себя поведет препарат при форсированном запуске?
Баланс в аквариуме, как достичь равновесия?
Ввиду частых вопросов и разъяснений на нашем форуме, что же такое биобаланс аквариума, считаем необходимым более подробно осветить этот вопрос.
Для начала давайте дадим определение.
Природа очень умная барышня и в своих владениях она использует крайне сложные, многообразные механизмы для поддержания жизни, у нее есть все инструменты на все случаи жизни. Многие ее секреты, человеком так и не осознаны, многие находятся лишь на ранней стадии понимания.
Тем не менее, в настоящее время, человечество достигло определенного прогресса в понимании «Законов Природы», что позволяет нам воссоздавать у себя дома, уголок живой природы – аквариум. Любой аквариумист, по сути, выступает помощником, подмастерьем у природы, учится у нее и пытается воспроизвести те же манипуляции, что и она.
Для понимания БИОБАЛАНСА В УЗКОМ СМЫСЛЕ, ниже приведу, примеры цепочек:
1. «Азотного цикл». Рыбки выделяют продукты жизнедеятельности (какули и мочевину) – они разлагаются определенной группой бактерий (далее – «ОГБ») и превращаются в аммиак (NH4), затем другой ОГБ аммиак разлагается до нитритов (NO2), еще другой ОГБ до нитратов (NO3) и далее яды по-разному выводятся из аквариума, например, происходит переход в газообразное состояние N2.
2. Цикл с растениями. Аммиачный цикл не заканчивается «газообразным состоянием», а продолжается посредствам процесса фотосинтеза и потреблением нитратов (NO3, а точнее азота N2) растениями.
3. Цикл фотосинтеза. При наличии всех его составляющих: качественного освещения, наличия удобрений, растения потребляют СО2 (углекислый газ, продукт дыхания рыб, который является самым важным удобрением для растений) и взамен растения выделяют чистый О2 (кислород), который употребляется рыбками и другими гидробионтами, а так же участвует в процессах окисления.
Для тех, кто хочет более углубленно изучить вопрос азотного цикла, рекомендуем материал в спойлере:
Биологическая очистка воды
Биологическая очистка воды включает важнейшие процессы, происходящие в замкнутых аквариумных системах Под биологической очисткой будем понимать минерализацию, нитрификацию и диссимиляцию соединений, содержащих азот, бактериями, обитающими в толще воды, гравий и детрите фильтра. Организмы, выполняющие эти функции, всегда присутствуют в толще фильтра. В процессе минерализации и нитрификации азотосодержащие вещества переходят из одной формы в другую, однако азот остается в воде. Удаление азота из раствора происходит только в процессе денитрификации (см. раздел 1.3).
Биологическая фильтрация является одним из четырех способов очистки воды в аквариумах. Три других способа – механическая фильтрация, физическая адсорбция и дезинфекция воды – рассматриваются ниже.
Рис. 1.1. Место биологической очистки в процессе очистки воды. Слева направо – биологическая очитка, механическая фильтрация, физическое осаждение, дезинфекция.
Рис. 1.2. Круговорот азота в аквариумных замкнутых системах.
1.1.Минерализация.
Гетеротрофные и автотрофные бактерии – основные группы микроорганизмов, обитающие в аквариумах.
Примечание не из книги автора.
Иногда понятия «автотрофы» и «продуценты», а также «гетеротрофы» и «консументы» ошибочно отождествляют, однако они не всегда совпадают. Например, синезеленые (Cyanea) способны и сами производить органическое вещество с использованием фотосинтеза, и потреблять его в готовом виде, причём разлагая до неорганических веществ. Следовательно, они являются продуцентами и редуцентами одновременно.
Автотрофные организмы для построения своего тела используют неорганические вещества почвы, воды и воздуха. При этом почти всегда источником углерода является углекислый газ. При этом одни из них (фототрофы) получают необходимую энергию от Солнца, другие (хемотрофы) — от химических реакций неорганических соединений.
Гетеротрофные виды утилизируют органические азотосодержащие компоненты выделений водных животных в качестве источника энергии и превращают их в простые соединения, например аммоний (термин «аммоний» относится к сумме ионов аммония (NH4+) и свободного аммиака (NH3), определяемых аналитическим путем, как NH4-N). Минерализация этих органических веществ – первый этап биологической очистки.
Минерализация азотсодержащих органических соединений может начинаться с расщепления белков и нуклеиновых кислот и образования аминокислот и органических азотистых оснований. Дезаминирование – это процесс минерализации, в ходе которого отщепляется аминогруппа с образованием аммония. Предметом дезаминации может служить расщепление мочевины с образованием свободного аммиака (NH3).
Подобная реакция может идти чисто химическим путем, однако дезаминирование аминокислот и сопутствующих им соединений требует участия бактерий.
1.2. Нитрификация воды.
После того как органические соединения переведены гетеротрофными бактериями в неорганическую форму, биологическая отчистка вступает в следующую стадию, получившую название «нитрификация». Под этим процессом понимают биологическое окисление аммония до нитритов (NO2-, определяемых как NO2-N) и нитратов (NO3, определяемых в виде NO3-N). Нитрификация осуществляется главным образом автотрофными бактериями. Автотрофные организмы в отличие от гетеротрофных способны усваивать неорганический углерод (главным образом СО2) для построения клеток своего организма.
Автотрофные нитрифицирующие бактерии в пресноводных, солоноватоводных и морских аквариумах представлены в основном родами Nitrosomonas и Nitrobacter. Nitrosomonas окисляет аммоний до нитритов, а Nitrobacter – нитриты до нитратов.
Обе реакции идут с поглощением энергии. Смысл уравнений (2) и (3) заключается в превращении токсичного аммония в нитраты, которые гораздо менее ядовиты.Эффективность процесса нитрификации зависит от следующих факторов: наличия токсикантов в воде, температуры, содержания растворенного в воде кислорода, солености и площади поверхности фильтра.
Токсичные вещества. При определенных условиях многие химические вещества подавляют нитрификацию. При добавление в воду эти вещества либо подавляют рост и размножение бактерий, либо нарушают внутриклеточный обмен бактерий, лишая их способности к окислению.
Коллинз с соавторами (Collins et al., 1975, 1976), а также Левайн и Мид (Levine and Meade, 1976) сообщали, что многие антибиотики и другие средства, применяемые для лечения рыб, не влияли на процессы нитрификации в пресноводных аквариумах, в то время как другие оказывались в разной степени токсичными. Параллельные исследования в морской воде не проводились, а приведенные результаты не следует распространять на морские системы.
Приведенные в трех указанных работах данные представлены в табл. 1.1. Результаты исследований не вполне сопоставимы из-за различий в применявшихся методиках.
Таблица 1.1. Влияние терапевтических норм растворенных антибиотиков и лечебных препаратов на нитрификацию в пресноводных аквариумах (Collins et al., 1975, 1976, Levine and Meade, 1976).
Коллинз с соавторами изучал влияние лекарственных препаратов в пробах воды, взятых непосредственно из работающих бассейнов с биофильтрами, где содержалась рыба. Левайн и Мид использовали для опытов чистые бактериальные культуры. Примененные ими методы, по-видимому, отличались более высокой чувствительностью по сравнению с обычными. Так, в их опытах формалин, малахитовый зеленый и нифурпиринол обладали средней токсичностью для нитрифицирующих бактерий, в то время как Коллинз с соавторами показал безвредность тех же препаратов. Левайн и Мид полагали, что расхождения связаны с более высоким содержанием автотрофных бактерий в чистых культурах и порог инактивации был бы выше в присутствии гетеротрофных бактерий и при более высокой концентрации растворенных органических веществ.
Из данных табл. 1.1. видно, что эритромицин, хлоротетрациклин, метиленовый синий и сульфаниламид обладают четко выраженной токсичностью в пресной воде. Наиболее токсичным среди изучавшихся веществ оказался метиленовый синий. Результаты полученные при испытании хлорамфеникола и перманганата калия, противоречивы.
И Коллинз с соавторами и Левайн и Мид сходятся в том, что сульфат меди существенно не подавляет нитрификацию. Возможно, это результат связывания свободных ионов меди с растворенными органическими соединениями. Томлинсон и другие (Tomlinson et al., 1966) обнаружили, что ионы тяжелых металлов (Cr, Cu, Hg) гораздо сильнее воздействуют на Nitrosomonas в чистой культуре, чем в активном иле. Они предположили, что это объясняется образованием химических комплексов между ионами металлов и органическими веществами. Длительное воздействие тяжелых металлов более эффективным, чем кратковременное, по-видимому, из-за того, что адсорбционные связи органических молекул были полностью использованы.
Температура. Многие виды бактерий могут переносить значительные колебания температуры, хотя их активность временно уменьшается. Период адаптации, называемый временной температурной инактивацией (ВТИ), часто проявляется при резких изменениях температуры. Обычно ВТИ заметна при резком охлаждении воды; повышении температуры, как правило, ускоряет биохимические процессы и поэтому период адаптации может остаться незамеченным. Срна и Баггали (Srna and Baggaley, 1975) изучали кинетику нитрификационных процессов в морских аквариумах. Повышение температуры всего на 4 градуса Цельсия приводило к ускорению окисления аммония и нитритов на 50 и 12% соответственно по сравнению с исходным уровнем. При снижении температуры на 1 градус Цельсия скорость окисления аммония уменьшалась на 30%, а при понижении температуры на 1,5 градуса Цельсия скорость окисления нитритов уменьшалась на 8% по сравнению с исходными условиями.
pH воды. Каваи др. (Kawai et al., 1965) обнаружили, что при pH менее 9 нитрификация в морской воде подавляется сильнее, чем в пресной. Они объяснили это пониженным природным pH в пресной воде. По данным Секи (Saeki, 1958), окисление аммония в пресноводных аквариумах при снижении pH подавляется. Оптимальное значение pH для окисления аммония 7,8 для окисления нитритов 7,1. Оптимальным диапазоном pH для процесса нитрификации Секи считал 7,1-7,8. Срна и Баггали показали, что морские бактерии-нитрификаторы были наиболее активны при pH 7,45 (диапазон 7-8,2).
Растворенный в воде кислород. Биологический фильтр можно сравнить с огромным дышащим организмом. При правильной работе он потребляет значительное количество кислорода. Потребности водных организмов в кислороде измеряются в единицах БПК (биологическое потребление кислорода). БПК биологического фильтра частично зависит от нитрификаторов, но в основном оно обусловлено активностью гетеротрофных бактерий. Хараяма (Hirayama, 1965) показал, что при высоком биологическом потреблении кислорода активно действовала многочисленная популяция нитрификаторов. Он пропускал морскую воду через слой песка действующего биологического фильтра. Перед фильтрованием содержание кислорода в воде составляло 6,48мг/л, после прохождения слоя песка толщиной 48см. оно снизилось до 5,26мг/л. В тоже время, содержание аммония снизилось с 238 до 140 мг.экв./л., а нитритов – с 183 до 112 мг.экв./л.
В фильтровальном слое присутствуют как аэробные (для жизни необходим О2), так и анаэробные бактерии (не используют О2), однако в хорошо аэрируемых аквариумах преобладают аэробные формы. В присутствии кислорода рост и активность анаэробных бактерий подавляются, поэтому нормальная циркуляция воды через фильтр сдерживает их развитее. Если содержание кислорода в аквариуме снижается, происходит либо увеличение численности анаэробных бактерий, либо переход от аэробного дыхания к анаэробному. Многие продукты анаэробного обмена токсичны. Минерализация может происходить и при пониженном содержании кислорода, но механизм и конечные продукты в этом случае другие. В анаэробных условиях этот процесс идет скорее как ферментативный, чем как окислительный, с образованием вместо азотистых оснований органических кислот, двуокиси углерода и аммония. Эти вещества наряду с сероводородом, метаном и некоторыми другими соединениями придают задыхающемуся фильтру гнилостный запах.
Соленость. Многие виды бактерий способны обитать в водах, ионный состав которых значительно колеблется, при условии, что изменения солености будут происходить постепенно. ЗоБелл и Миченер (ZoBell and Michener, 1938) обнаружили, что большинство бактерий, выделенных из морской воды в их лаборатории, можно выращивать и в пресноводной воде. Многие бактерии перенесли даже прямую пересадку. Все 12 видов бактерий, считавшихся исключительно «морскими», были успешно переведены в пресноводную воду путем постепенного разбавления морской водой (каждый раз добавляли по 5% пресной воды).
Бактерии биологического фильтра очень устойчивы к колебаниям солености, хотя, если эти изменения значительны и внезапны, активность бактерий подавляется. Срна и Баггали (Srna and Baggaley, 1975) показали, что снижение солености на 8% и повышение на 5% не оказали влияния на скорость нитрификации в морских аквариумах. При нормальной солености воды в морских аквариумных системах нитрифицирующая активность бактерий была максимальной (Kawai et al., 1965). Интенсивность нитрификации уменьшалась как при разбавлении, так и при увеличении концентрации раствора, хотя некоторая активность сохранялась даже после повышения солености воды вдвое. В пресноводных аквариумах активность бактерий была максимальной перед добавлением хлористого натрия. Сразу после того, как соленость сравнялась с соленостью морской воды, нитрификация прекратилась.
Есть данные о том, что соленость влияет на скорость нитрификации и даже на количество конечных продуктов. Кул Манн (Kuhl and Mann, 1962) показали, что нитрификация протекала быстрее в пресноводных аквариумных системах, чем в морских, хотя нитритов и нитратов больше образовалось в последних. Каваи и др. (Kawai et al., 1964) получили сходные результаты, которые представлены на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Численность бактерий фильтрационного слоя в малых пресноводных и морских аквариумных системах через 134 дня (Kawai etal., 1964).
Площадь поверхности фильтра. Каваи и др. обнаружили, что концентрация бактерий нитрификаторов в фильтре в 100 раз выше, чем в протекающей через него воде. Это доказывает важность величины контактной поверхности фильтра для процессов нитрификации, поскольку она обеспечивает возможность прикрепления бактерий. Наибольшую площадь поверхности фильтрующего слоя в аквариумах обеспечивают частицы гравия (грунта), причем процесс нитрификации происходит в основном в верхней части гравийного фильтра, как показано на рис. 1.4. Каваи и др. (1965) определили, что 1 грамме песка из верхнего слоя фильтра в морских аквариумах содержится 10 в 5-й степени бактерий – окислителей аммония 10 в 6-й степени – окислителей нитратов. На глубине всего 5 см. число микроорганизмов обоих типов снижалось на 90%.
Рис. 1.4. Концентрация (а) и активность (б) нитрифицирующих бактерий на разной глубине фильтра в морском аквариуме (Yoshida, 1967).
Форма и размер частиц гравия также важны: мелкие зерна имеют большую поверхность для прикрепления бактерий, чем такое же количество по массе крупного гравия, хотя очень мелкий гравий нежелателен, так как он затрудняет фильтрацию воды. Зависимость между размерами и площадью их поверхности легко продемонстрировать на примерах. Шесть кубиков массой по 1 гр. Имеют в общей сложности 36 единиц поверхности, в то время как один кубик массой 6 гр. Имеет только 6 поверхностей, каждая из которых больше отдельной поверхности малого кубика. Общая площадь шести однограммовых кубиков в 3,3 раза больше площади поверхности одного 6-граммового кубика. По данным Секи (Saeki, 1958), оптимальный размер частиц гравия (грунта) для фильтров это 2-5 мм.
Угловатые частицы имеют большую поверхность, чем округлые. Шар имеет минимальную площадь поверхности на единицу объема по сравнению со всеми остальными геометрическим формами.
Накопление детрита (Термин «детрит» (от лат. detritus — истёртый) имеет несколько значений: 1. Мёртвое органическое вещество, временно исключенное из биологического круговорота элементов питания, которое состоит из останков беспозвоночных животных, выделений и костей позвоночных животных и др.; 2. совокупность мелких неразложенных частиц растительных и животных организмов или их выделений, взвешенных в воде или осевших на дно водоёма) в фильтре обеспечивает дополнительную поверхность и улучшает нитрификацию. Согласно данным Секи 25% нитрификации в аквариумных системах приходится на долю бактерий, населяющих детрит.
1.3. Диссимиляция
Процесс нитрификации приводит к высокой степени окисления неорганического азота. Диссимиляция, «азотное дыхание», или процесс восстановления, развивается в противоположном направлении, возвращая конечные продукты нитрификации к низкой степени окисления. В перерасчете на общую активность окисление неорганического азота значительно превосходит его восстановление, и нитраты накапливаются. Помимо диссимиляции, которая обеспечивает выделение части свободного азота в атмосферу, неорганический азот может быть удален из раствора путем регулярной замены части воды в системе, за счет усвоения высшими растениями или при помощи ионообменных смол. Последний способ удаления свободного азота из раствора применим только в пресноводной воде (см. раздел 3.3).
Диссимиляция – преимущественно анаэробный процесс, который идет в слоях фильтра, испытывающих дефицит кислорода. Бактерии – денитрификаторы, обладающие восстановительной способностью, обычно либо полные (облигатные) анаэробы, либо аэробы, способные переходить на анаэробное дыхание в бескислородной среде. Как правило, это организмы-гетеротрофы, например некоторые виды Pseudomonas, могут восстанавливать ионы нитратов (NO3-) в условиях дефицита кислорода (Painter, 1970).
При анаэробном дыхании бактерии-диссимиляторы усваиваю окись азота (NO3-) вместо кислорода, восстанавливая азот до соединения с низким окислительным числом: нитритов, аммония, двуокиси азота (N20) или свободного азота. Состав конечных продуктов определяется видом бактерий, участвующих в восстановительном процессе. Если неорганический азот восстанавливается полностью, то есть до N2O или N2, процесс диссимиляции называют денитрификацией. В полностью восстановленном виде азот может быть удален из воды и выделен в атмосферу, если его парциальное давление в растворе превышает его парциальное давление в атмосфере. Таким образом, денитрификация в отличие от минерализации и нитрификации снижает уровень неорганического азота в воде.
1.4. «Сбалансированный» аквариум.
1. Аэробные. Их число за 2 недели после посадки рыбы увеличилось в 10 раз. Максимальная численность – 10 в восьмой степени организмов в 1гр. Песка фильтра – отмечена спустя две недели. Спустя три месяца популяция бактерий стабилизировалась на уровне 10 в седьмой степени экземпляров на 1гр. Песка фильтра.
2. Бактерии, разлагающе белок (аммонификаторы).Первоначальная плотность (10 в 3 степени экз./гр) возросла в 100 раз за 4-е недели. Через три месяца популяция стабилизировалась на уровне 10 в 4 степени экз./гр. Столь резкое увеличение численности этого класса бактерий было вызвано внесением корма (свежей рыбы), богатого белком.
3. Бактерии, разлагающие крахмал (углеводы). Начальная численность составляла 10% общего числа бактерий в системе. Затем она постепенно возросла, а через четыре недели начала снижаться. Популяция стабилизировалась спустя три месяца на уровне 1% общей численности бактерий.
4. Бактерии-нитрификаторы. Максимальная численность бактерий, окисляющих нитриты, отмечалась через 4 недели, а «нитратных» форм – через восемь недель. Спустя 2 недели «нитритных» форм было больше, чем «нитратных». Численность стабилизировалась на уровне 10 в 5 степени и 10 в 6 степени экз. соответственно. Существует разница во времени между снижением содержания аммония в воде и окислением в начале нитрификации, обусловленная тем, что рост Nitrobacter падавлен присутствием ионов аммония. Эффективное окисление нитритов возможно лишь после того, большая часть ионов будет преобразована Nitrosomonas. Сходным образом максимум нитритов в растворе должен проявляться до начала накопления нитратов.
Высокое содержание аммония в новой аквариумной системе может быть вызвано нестабильностью численности автотрофных и гетеротрофных бактерий. В начале работы новой системы рост гетеротрофных организмов превышает рост автотрофных форм. Много аммония, образовавшегося в процессе минерализации, усваивается некоторыми гетеротрофами. Другими словами, четко разграничить гетеротрофную и автотрофную переработку аммония невозможно. Активное окисления бактериями-нитрификаторами проявляется только после сокращения и стабилизации численности гетеротрофных бактерий (Quastel and Scholefield, 1951).
Численность бактерий в новом аквариуме имеет значение только до тех пор, пока она не стабилизируется для каждого типа. Впоследствии колебания в поступлении энергетических веществ компенсируются увеличением активности обменных процессов в отдельных клетках без увеличения их общей численности.
В исследованиях Квастела и Шоулфилда (Quastek and Sholefild, 1951) и Срны и Баггалия показано, что плотность популяции нитрифицирующих бактерий, населяющих фильтр определенной площади, относительно постоянна и не зависит от концентрации поступающих энергетических веществ.
Общая окислительная способность бактерий в сбалансированном аквариуме тесно связана с ежедневным поступлением окисляемого субстрата. Внезапное увеличение численности выращиваемых животных, их массы, количества вносимых кормов приводит к заметному возрастанию содержания аммония и нитритов в воде. Такое положение сохраняется до тех пор, пока бактерии не адаптируются к новым условиям.
Продолжительность периода повышенного содержания аммония и нитритов зависит от величины дополнительной нагрузки на перерабатывающую часть водной системы. Если она находится в пределах максимальной производительности биологической системы, равновесие в новых условиях в теплой воде обычно восстанавливается через три дня, а в холодной воде – значительно позднее. Если дополнительная нагрузка превышает возможности системы, содержание аммония и нитритов будет постоянно возрастать.
Минерализация, нитрификация и денитрификация – процессы, протекающие в новом аквариуме более или менее последовательно. В установившейся – стабильной системе они идут почти одновременно. В сбалансированной системе содержание аммония (NH4-N) составляет менее 0,1 мг/л, а все улавливаемы нитриты – результат денитрификации. Упомянутые процессы идут согласованно, без отставания, поскольку все поступающие энергетические вещества быстро усваиваются.
Вот базовые цепочки биологического равновесия, которые сходу пришли мне в голову. Примеров, таких цепочек можно написать очень много: с рыбами и улитками, с рыбами, улитками и растениями, с грибками, бактериями и рыбками и так далее… почти до бесконечности.
Из сказанного, можно дать определение аквариумного БИОБАЛАНСА В ШИРОКОМ СМЫСЛЕ – это совокупность всех звеньев и биологических цепочек.
Процесс становления биобаланса, еще можно разделить на:
— биологические цепочки, т.е. непосредственное взаимодействие живых организмов (БИО);
— свойства, факторы и инструменты, т.е. составляющие, непосредственно влияющие на качество взаимодействия живых организмов. К ним относятся: параметры воды (dH, kH, pH, rH, t), качество и уровень освещения, качество фильтрации, грунта, «интерьера» и т.д.
В свете сказанного, очень важно понимать, что «свойства, факторы и инструменты» играют важную роль. По сути – это и есть те механизмы, которыми мы можем настраивать и корректировать биологическое равновесие в своем водоеме. Именно их корректировка и оттачивание приводит к успеху. И наоборот, пренебрежительное отношение к этим инструментам, заставляет «Природу» включать другие механизмы для поддержания равновесия. Те же водоросли, ведь, по сути – это не вред и бяка, а реакция аквариума на чрезмерное или недостаточное количество/качество освещения или на высокую концентрацию ядов (NH3, NO2, NO3), и т.д.
Малейшие факторы играют важную роль, например, пренебрежение новичками правил совместимости и норм населенности аквариума, ведет к активации функции «уничтожения лишнего»: у рыб появляется стресс, падает иммунитет, болезнетворные бактерии и грибки включаются действие, «лишние» рыбы заболевают и погибают.
Подводя итоги, можно сказать, что
Ниже хотелось бы, кратко рассказать, а главное постараться показать «невидимых героев аквариума».
Я всегда говорю новичкам аквариумистики, что не стоит воспринимать аквариум, как банку с водой и рыбами. Аквариум – это целостный организм, живущий по своим природным законам и правилам, который населяют на самом-то деле миллионы невидимых организмов (грибков, бактерий, спор водорослей, простейших, инфузории и т.д.). То, что мы их не видим, не означает, что их нет. Человек вообще еще многое не видит и не знает.
Итак, ранее считалось, что за процесс выведения ядов – азотных соединений из аквариума, отвечают два рода бактерий. Бактерии рода Nitrosomonas (Nitrosomonas europaea) разлагают/окисляют аммиак (NH3) до нитритов (NO2), а бактерии рода Nitrobacter (Nitrobacter winogradskyi) окисляют нитриты до нитратов (NO3).
Вот они, вернее их фото, которые удалось найти в рунете ))).
Бактерии рода Nitrospira
Подписывайтесь на наш You Tube-канал, чтобы ничего не пропустить