05.09.2009, 11:52
Der Stickstoffkreislauf im Aquarium
Dieser Beitrag soll als einleitende Info dienen, besonders Anfängern den Stickstoffkreislauf im Aquarium ein wenig näher zu bringen.
Daher wird mit Absicht nicht jedes noch so kleine Detail erwähnt und wissenschaftlich erläutert, sondern versucht, sich auf die wesentlichen Dinge zu beschränken, um den Stickstoffkreislauf unter Einbeziehung der wichtigsten chemischen und/oder biologischen Prozesse zu schildern.
- Ammoniak und Ammonium
- Nitrifikation
- Nitratreduktion und Denitrifikation
---------------------------------------------------------------------
[Bild: http://www.aquarium-stammtisch.de/Forum/...1252146756]
Zur Abbildung:
1: Licht ist die Voraussetzung dafür, dass die Pflanzen unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid (CO[SUB]2[/SUB]) Sauerstoff (O[SUB]2[/SUB]) produzieren können.
2: Durch die Reaktion der Photosynthese entsteht also u.a. Sauerstoff welcher, dann von den Fischen veratmet wird.
3: Bei der Atmung entsteht dann wieder Kohlenstoffdioxid, welches die Pflanze aufnimmt und zum Wachstum benötigt.
4: Durch Ausscheidungen der Fische gelangt Ammoniak (NH[SUB]3[/SUB]) direkt ins Wasser. Futter(reste), abgestorbene Pflanzenteile bzw. tote Fische tragen zusätzlich zur Ammoniak/Ammonium[COLOR='Red']*[/COLOR]-Entstehung bei. Ammoniak ist giftig und muss daher möglichst schnell weiter umgesetzt werden.
5: Bakterien (hier z.B. der Gattung Nitrosomonas) nehmen das Ammoniak/Ammonium und verwandeln es durch Oxidation ("Verbrauch von Sauerstoff") in Nitrit.
6: Bakterien (hier z.B. der Gattung Nitrobacter) nehmen dann das Nitrit und wandeln es ebenfalls durch Oxidation im Nitrat um.
Das Nitrat ist zum einen ein wichtiger Nährstoff für die Pflanzen, muss aber auch regelmäßig durch Wasserwechel entfernt werden.
7: Im Boden kann unter anaeroben Bedingungen (= Sauerstoffarmut) die Reduktion von Nitrat stattfinden (siehe dazu den Punkt "Nitratreduktion und Denitrifikation" weiter unten)
[COLOR='Red']*[/COLOR] Verhältnis von Ammoniak und Ammonium zueinander ist pH-abhängig
---------------------------------------------------------------------
Ammoniak und Ammonium
Ammoniak wird als Stoffwechselendprodukt direkt von den Fischen über die Kiemen abgegeben und gelangt so ins Wasser. Durch abgestorbene Pflanzenteile, Futterreste, Fischkot oder auch tote Fische reichert sich proteinreiche Biomasse an, welche dann von Bakterien über verschiedene Reaktionen zu Ammoniak/Ammonium umgesetzt wird.
Ammoniak ist giftig für Fische. Seine giftige Wirkung ist wohl zum einen darauf zurückzuführen, dass es sehr einfach durch den Fisch aufgenommen werden kann und dann vermutlich im Körper (als Ammonium) die Funktion von Zellmembranen beeinträchtigt.
Ammonium an sich kann hingegen nicht als schädlich angesehen werden, da es nicht so einfach aus dem freien Wasser aufgenommen werden kann.
Je nach pH-Wert kann das Verhältnis von Ammoniak und Ammonium im Wasser schwanken.
Die regulären Wassertests erfassen Ammoniak und Ammonium gemeinsam.
In welchen Anteilen Ammonium bzw. Ammoniak vorliegt, kann z.B. hier berechnet werden.
Allgemein kann man sagen, dass Ammoniak-Werte ab ca. 0,02mg/l als bedenklich gelten und bei Werten über 0,2mg/l akute Lebensgefahr auftritt.
Ammoniak und Ammonium stellen u.a. Ausgangssubstanzen für die Nitrifikation dar.
---------------------------------------------------------------------
Nitrifikation
Nitrifikation beschreibt den Abbau von Ammoniak/Ammonium über Nitrit zu Nitrat durch Bakterien der Familie Nitrobacteraceae.
Durch Ausscheidungen von Fischen, Schnecken etc., Futterreste oder auch abgestorbene Pflanzenteile kommt es zur Anhäufung von Ammoniak/Ammonium.
Ammoniak ist relativ giftig für Fische und Wirbellose und muss daher möglichst schnell aus dem Wasser entfernt werden.
Und hier kommen die berüchtigten Bakterien ins Spiel:
1. Schritt: Ammoniak/Ammonium → Nitrit
(Gattungen Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrosospira, Nitrosocystis, Nitrosogloea)
2. Schritt: Nitrit → Nitrat
(Gattungen Nitrobacter, Nitrocystis)
Um diese beiden Reaktionen durchführen zu können, benötigen die Bakterien Sauerstoff, weshalb sie zu den aeroben Bakterien (= sauerstoffbedürftige Bakterien) gehören.
Noch einige zusammenfassende Infos zu nitrifizierenden Bakterien:
- nicht freibeweglich → besiedeln Oberflächen
- obligat aerob = können ohne Sauerstoff nicht leben/wachsen
- sterben bei Austrocknung sofort ab; ungünstige Bedingungen im Wasser können über kurze Zeiträume toleriert werden
- Wachstum / Vermehrung ist pH-, temperatur- und sauerstoffabhängig.
- Temperaturen von 18°C schränken die Aktivität der Bakterien bereits bis zu ca. 50% ein. Nitrobacter sind temperaturempfindlicher.
---------------------------------------------------------------------
Nitratreduktion und Denitrifikation
Unter anaeroben Bedingungen (d.h. wenn kein Sauerstoff vorhanden ist) sind viele Mikroorganismen in der Lage,
den Sauerstoff aus Nitrat zu verwerten (bzw. Nitrat als Elektronenakzeptor zu verwenden) und damit die Nitratreduktion einzuleiten (bis hin zum Ammoniak/Ammonium) = „assimilatorische Nitratreduktion“.
Zu einer Nitratreduktion bishin zur Freisetzung von molekularem Stickstoff (N[SUB]2[/SUB]) oder Stickoxiden (NO[SUB]x[/SUB]) sind nur einige spezielle Mikroorganismen in der Lage = „dissimilatorische Nitratreduktion“ = Denitrifikation
D.h. die Nitratreduktion ist nur ein Teil der Denitrifikation
Die Nitratreduktion findet vorwiegend in den tieferen Schichten des Bodengrunds statt, bzw. dort, wo eben kein freier Sauerstoff vorhanden ist.
---------------------------------------------------------------------
>>> Zurück zur Übersicht <<<
Dieser Beitrag soll als einleitende Info dienen, besonders Anfängern den Stickstoffkreislauf im Aquarium ein wenig näher zu bringen.
Daher wird mit Absicht nicht jedes noch so kleine Detail erwähnt und wissenschaftlich erläutert, sondern versucht, sich auf die wesentlichen Dinge zu beschränken, um den Stickstoffkreislauf unter Einbeziehung der wichtigsten chemischen und/oder biologischen Prozesse zu schildern.
- Ammoniak und Ammonium
- Nitrifikation
- Nitratreduktion und Denitrifikation
---------------------------------------------------------------------
[Bild: http://www.aquarium-stammtisch.de/Forum/...1252146756]
Zur Abbildung:
1: Licht ist die Voraussetzung dafür, dass die Pflanzen unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid (CO[SUB]2[/SUB]) Sauerstoff (O[SUB]2[/SUB]) produzieren können.
2: Durch die Reaktion der Photosynthese entsteht also u.a. Sauerstoff welcher, dann von den Fischen veratmet wird.
3: Bei der Atmung entsteht dann wieder Kohlenstoffdioxid, welches die Pflanze aufnimmt und zum Wachstum benötigt.
4: Durch Ausscheidungen der Fische gelangt Ammoniak (NH[SUB]3[/SUB]) direkt ins Wasser. Futter(reste), abgestorbene Pflanzenteile bzw. tote Fische tragen zusätzlich zur Ammoniak/Ammonium[COLOR='Red']*[/COLOR]-Entstehung bei. Ammoniak ist giftig und muss daher möglichst schnell weiter umgesetzt werden.
5: Bakterien (hier z.B. der Gattung Nitrosomonas) nehmen das Ammoniak/Ammonium und verwandeln es durch Oxidation ("Verbrauch von Sauerstoff") in Nitrit.
6: Bakterien (hier z.B. der Gattung Nitrobacter) nehmen dann das Nitrit und wandeln es ebenfalls durch Oxidation im Nitrat um.
Das Nitrat ist zum einen ein wichtiger Nährstoff für die Pflanzen, muss aber auch regelmäßig durch Wasserwechel entfernt werden.
7: Im Boden kann unter anaeroben Bedingungen (= Sauerstoffarmut) die Reduktion von Nitrat stattfinden (siehe dazu den Punkt "Nitratreduktion und Denitrifikation" weiter unten)
[COLOR='Red']*[/COLOR] Verhältnis von Ammoniak und Ammonium zueinander ist pH-abhängig
---------------------------------------------------------------------
Ammoniak und Ammonium
Ammoniak wird als Stoffwechselendprodukt direkt von den Fischen über die Kiemen abgegeben und gelangt so ins Wasser. Durch abgestorbene Pflanzenteile, Futterreste, Fischkot oder auch tote Fische reichert sich proteinreiche Biomasse an, welche dann von Bakterien über verschiedene Reaktionen zu Ammoniak/Ammonium umgesetzt wird.
Ammoniak ist giftig für Fische. Seine giftige Wirkung ist wohl zum einen darauf zurückzuführen, dass es sehr einfach durch den Fisch aufgenommen werden kann und dann vermutlich im Körper (als Ammonium) die Funktion von Zellmembranen beeinträchtigt.
Ammonium an sich kann hingegen nicht als schädlich angesehen werden, da es nicht so einfach aus dem freien Wasser aufgenommen werden kann.
Je nach pH-Wert kann das Verhältnis von Ammoniak und Ammonium im Wasser schwanken.
Die regulären Wassertests erfassen Ammoniak und Ammonium gemeinsam.
In welchen Anteilen Ammonium bzw. Ammoniak vorliegt, kann z.B. hier berechnet werden.
Allgemein kann man sagen, dass Ammoniak-Werte ab ca. 0,02mg/l als bedenklich gelten und bei Werten über 0,2mg/l akute Lebensgefahr auftritt.
Ammoniak und Ammonium stellen u.a. Ausgangssubstanzen für die Nitrifikation dar.
---------------------------------------------------------------------
Nitrifikation
Nitrifikation beschreibt den Abbau von Ammoniak/Ammonium über Nitrit zu Nitrat durch Bakterien der Familie Nitrobacteraceae.
Durch Ausscheidungen von Fischen, Schnecken etc., Futterreste oder auch abgestorbene Pflanzenteile kommt es zur Anhäufung von Ammoniak/Ammonium.
Ammoniak ist relativ giftig für Fische und Wirbellose und muss daher möglichst schnell aus dem Wasser entfernt werden.
Und hier kommen die berüchtigten Bakterien ins Spiel:
1. Schritt: Ammoniak/Ammonium → Nitrit
(Gattungen Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrosospira, Nitrosocystis, Nitrosogloea)
2. Schritt: Nitrit → Nitrat
(Gattungen Nitrobacter, Nitrocystis)
Um diese beiden Reaktionen durchführen zu können, benötigen die Bakterien Sauerstoff, weshalb sie zu den aeroben Bakterien (= sauerstoffbedürftige Bakterien) gehören.
Noch einige zusammenfassende Infos zu nitrifizierenden Bakterien:
- nicht freibeweglich → besiedeln Oberflächen
- obligat aerob = können ohne Sauerstoff nicht leben/wachsen
- sterben bei Austrocknung sofort ab; ungünstige Bedingungen im Wasser können über kurze Zeiträume toleriert werden
- Wachstum / Vermehrung ist pH-, temperatur- und sauerstoffabhängig.
- Temperaturen von 18°C schränken die Aktivität der Bakterien bereits bis zu ca. 50% ein. Nitrobacter sind temperaturempfindlicher.
---------------------------------------------------------------------
Nitratreduktion und Denitrifikation
Unter anaeroben Bedingungen (d.h. wenn kein Sauerstoff vorhanden ist) sind viele Mikroorganismen in der Lage,
den Sauerstoff aus Nitrat zu verwerten (bzw. Nitrat als Elektronenakzeptor zu verwenden) und damit die Nitratreduktion einzuleiten (bis hin zum Ammoniak/Ammonium) = „assimilatorische Nitratreduktion“.
Zu einer Nitratreduktion bishin zur Freisetzung von molekularem Stickstoff (N[SUB]2[/SUB]) oder Stickoxiden (NO[SUB]x[/SUB]) sind nur einige spezielle Mikroorganismen in der Lage = „dissimilatorische Nitratreduktion“ = Denitrifikation
D.h. die Nitratreduktion ist nur ein Teil der Denitrifikation
Die Nitratreduktion findet vorwiegend in den tieferen Schichten des Bodengrunds statt, bzw. dort, wo eben kein freier Sauerstoff vorhanden ist.
---------------------------------------------------------------------
>>> Zurück zur Übersicht <<<
