Azotany w akwarium rafowym

[Gość]

Azotan jest jonem, który od dawna zawziął się akwarystów. Zwykle tworzy się w akwariach w wyniku trawienia pokarmu, aw wielu akwariach gromadzi się i może być trudny do utrzymania na naturalnym poziomie. W przeszłości wielu akwarystów dokonywało podmian wody, których jednym z głównych celów była redukcja azotanów. Na szczęście mamy teraz szeroki wachlarz sposobów kontrolowania azotanów, a nowoczesne akwaria cierpią z powodu podwyższonego poziomu azotanów w znacznie mniejszym stopniu niż w przeszłości. W niektórych przypadkach akwaryści odkryli nawet, że za bardzo go zredukowali, a dawkowanie azotanów może być nawet korzystne.

Podwyższony poziom azotanów jest często kojarzony z algami, a wzrost glonów jest często pobudzany przez nadmiar składników odżywczych, w tym azotanów. To samo można powiedzieć o innych potencjalnych szkodnikach w akwariach, takich jak bruzdnicowate. Sam azotan nie jest silnie toksyczny na poziomach zwykle osiąganych w akwariach, przynajmniej tak, jak jest to dotychczas znane w literaturze naukowej, ale podwyższone poziomy wydają się być szkodliwe dla zdrowia ryb. Ponadto podwyższony poziom azotanów może pobudzić wzrost zooksantelli w koralowcach, co może przyciemnić koralowce i może zmniejszyć tempo wzrostu koralowca żywiciela.

Z tych powodów większość akwarystów rafowych stara się utrzymywać niski poziom azotanów. Niektórzy odnoszą sukcesy, a inni nie. Ten artykuł zawiera podstawowe informacje na temat azotanów w oceanach i akwariach oraz opisuje szereg technik, które akwarystowie z powodzeniem stosowali, aby utrzymać poziom azotanów w akwariach rafowych na bardziej naturalnym poziomie.

Co to jest azotan?

Azotan jest jonem o ładunku ujemnym, NO3–. Składa się z centralnego atomu azotu i połączonych z nim trzech atomów tlenu. Ujemny ładunek jest równomiernie rozłożony na trzy atomy tlenu, dzięki czemu wszystkie są identyczne. Na ogół jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie morskiej.

Azotany w oceanie

Azot występuje w oceanie w wielu formach, z których jedną jest azotan.1 Inne formy obejmują diazot (N2), amoniak (NH3 / NH4 +), azotyn (NO2–) i niezliczone ilości związków organicznych zawierających azot. Spośród gatunków nieorganicznych azotany mają często, ale nie zawsze, najwyższe stężenie. Stężenia w oceanie różnią się znacznie w zależności od lokalizacji, a także głębokości.2 Wody powierzchniowe mają znacznie niższe stężenie ze względu na pochłanianie przez różne organizmy i często są niższe niż 0,1 ppm azotanów (należy zauważyć, że wszystkie stężenia w tym artykule podano w ppm jon azotanowy, a nie w ppm azotu azotanowego). Głębsze wody oceanu zwykle wahają się od 0,5 do 2,5 ppm azotanów. Te wyższe wartości będą miały również regiony powierzchniowe, w których ma miejsce upwelling głębszych wód.

Większość azotanów obecnych w oceanie pochodzi z recyklingu materiałów organicznych. Na przykład rozkład planktonu dostarcza azotanów. Można to pokazać w uproszczonym równaniu chemicznym opisującym, co dzieje się, gdy organiczna „żywność” jest trawiona tlenem:
 

co słownie brzmi:

plankton + tlen → dwutlenek węgla + woda + jon wodoru + fosforan + azotan

Zauważ, że proces ten zużywa zasadowość (pokazuje to wytwarzany H +). Więc kiedy azotany gromadzą się w zbiorniku rafowym, zmniejsza się alkaliczność. Produkcja 10 ppm azotanu zmniejszy zasadowość o około 0,16 meq / l (0,45 dKH). Jeśli azotan zostanie usunięty przez podmianę wody, alkaliczność zostanie utracona na zawsze. Jeśli azotan zostanie pobrany przez organizm (glony, koralowce, bakterie itp.) I użyty, wówczas cała ta zasadowość zostanie zwrócona do systemu (patrz równania poniżej pokazujące ten fakt).

Innymi źródłami azotu do oceanu są emisje wulkaniczne (głównie w postaci amoniaku), wiązanie N2 przez sinice (znane również jako cyjanobakterie) oraz spływy z lądu. Wszystko to staje się częścią cyklu azotowego, a część kończy się jako azotan.

Organizmy morskie wykorzystujące azotany

Wiele różnych organizmów jest zdolnych do wchłaniania azotanów, za pomocą których syntetyzują mnóstwo cząsteczek organicznych zawierających azot, takich jak białka i DNA.1 Azotan jest używany głównie przez mikroorganizmy (takie jak bakterie) i te organizmy, które czerpią większość lub całość swojej energii z fotosyntezy, w tym alg, koralowców i ukwiałów.

W pewnych okolicznościach i dla niektórych organizmów, które używają azotanów, podwyższony poziom azotanów może spowodować przyspieszony wzrost. Mikroalgi w akwariach rafowych mogą rosnąć szybciej w wyższych azotanach, jeśli mają odpowiednią ilość fosforu, żelaza, światła itp. Wpływają również na duże organizmy. Shoalgrass (Halodule wrightii) i widgeongrass (Ruppia maritime) rosną szybciej w podwyższonym stężeniu azotanów (0,6 ppm azotanów) niż w typowych stężeniach azotanów w wodzie morskiej (<0,1 ppm azotanów) .3 Różne trawy morskie posiadają systemy aktywnego pobierania azotanów zarówno z liści, jak i korzenie, ale nadal nie mogą uzyskać wszystkiego, czego chcą z normalnej wody morskiej

Wykazano również, że bakterie morskie5, fitoplankton6,7 i makroglony7,8 zwiększają tempo wzrostu przy podwyższonym poziomie azotanów. W innych przypadkach podwyższony poziom azotanów nie zwiększa wzrostu. W takich przypadkach inne czynniki, takie jak fosforan, żelazo lub światło, są ograniczające. Na przykład wzrost trawy morskiej w marinie Zostera nie jest wspomagany przez zwiększoną ilość azotanów, przy czym wzrost jest częściej ograniczany przez światło.3,4,9

Oczywiście niektóre organizmy, które rosną szybciej w wodzie z podwyższonym poziomem azotanów, niekoniecznie są tymi, które najbardziej preferują akwaryści. Oprócz oczywistych obaw związanych z mikroalgami, wydaje się, że bruzdnice przyspieszają wzrost wraz ze wzrostem azotanów i innych składników odżywczych, do co najmniej 16 ppm.10 Jednak dla niektórych akwarystów może być pocieszeniem, wiedząc, że szkodnikowy ukwiał Aiptasia pulchella może wchłaniają azotany w warunkach głodu, a nawet wtedy nie są zbyt dobre.11,12

Wydaje się, że ryby nie są zbyt wrażliwe na azotany. Większość badaczy stwierdza niewielką toksyczność13. Jedna grupa, która badała różne gatunki larw ryb, donosi:

„Sądząc po jego wpływie na pierwsze karmienie, uzwiązkowiony NH3 stanowi potencjalne zagrożenie w zbiorniku do odchowu; NO2– i NO3– są nietoksyczne na poziomach, które można spotkać w praktycznych hodowlach ryb morskich ”14.

Mimo to wielu hobbystów twierdzi, że ich ryby wydają się mniej zdrowe, gdy pozwalają na zbyt wysoki poziom azotanów (ponad 50 ppm). Nie wiadomo, czy jest to rzeczywiście spowodowane azotanem, czy czymś innym związanym z wodą, co jest zbieżne ze wzrostem azotanów.

Wreszcie dodawanie nadmiaru składników odżywczych do naturalnych raf koralowych jest obwiniane za ogólne przejście od korali do darni i makroglonów 15, ale rola azotanu w porównaniu z innymi składnikami odżywczymi (takimi jak fosforan) nie zawsze jest jasna.

Skutki podwyższonego poziomu azotanów w akwariach

Oprócz opisanych powyżej obaw związanych z rozwojem potencjalnie niepożądanych organizmów, które mogą sprzyjać podwyższonej zawartości azotanów (zwłaszcza glonów i bruzdnic), azotany mogą mieć wpływ na koralowce. Wiele koralowców może nie przejmować się podwyższonym poziomem azotanów lub nawet szybciej rosnąć dzięki łatwo dostępnemu azotowi. Ale w przypadku niektórych koralowców, szczególnie tych, które ulegają zwapnieniu, podwyższony poziom azotanów może mieć negatywny wpływ.

W większości przypadków, w których badano poziomy azotanów w odniesieniu do wzrostu koralowców wapiennych, skutki były stosunkowo niewielkie, ale znaczące. Wykazano, że podwyższony poziom azotanów zmniejsza wzrost Porites compressa (poniżej 0,3-0,6 ppm azotanów), 16,17, ale efekt ten jest wyeliminowany, jeśli zasadowość jest również podwyższona (do 4,5 meq / l). Jednym z wyjaśnień jest to, że podwyższony poziom azotanów napędza wzrost zooksantelli do tego stopnia, że faktycznie konkurują one z żywicielem o węgiel nieorganiczny (który jest używany zarówno w fotosyntezie, jak i przy odkładaniu w kośćcu). Gdy zasadowość jest podwyższona, konkurencja ta nie pozbawia już wielu potrzebnego węgla

Drugie badanie dotyczące Porites porites i Montastrea annularis wydaje się potwierdzać tę hipotezę. Wykazali, że podwyższony poziom azotanów powodował wzrost fotosyntezy, gęstości zooksantelli, ich chlorofilu a i c2 oraz całkowitego białka, podczas gdy wzrost szkieletu znacznie się zmniejszył18. Efekt ten może jednak nie zawsze być prawdziwy, ponieważ podwyższony poziom azotanów nie wydaje się mieć zmniejszonego zwapnienia u Acropora cervicornis (chociaż eksperymenty przeprowadzono w bardzo różnych warunkach) .19

Trzecie badanie, na Acropora pulchra, wykazał, że zwiększone azotany zwiększały poziom zooksantelli i stopień zwapnienia.20 W innym badaniu 21, na cylindrycznym Porites, stwierdzono, że podwyższony poziom azotanów (0,9 ppm) nie zwiększa szybkości fotosyntezy ani gęstości zooksantelli, ale w rzeczywistości zmniejsza to, w przeciwieństwie do innych badań. Nie wyjaśniają, dlaczego ich wyniki były różne, chociaż wskazywali, że koralowce mogły wyrzucać zooksantelle, co mogłoby zmylić niektóre wyniki. Ponadto wszystkie koralowce w badaniu podkreślono, że podczas badania straciły znaczną biomasę w porównaniu z pierwszym zebranym na wolności. Z powodu tego efektu nie wierzę zbytnio w to, jak te badania mogą się odnosić do akwariów, w których korale szybko rosną.

Ogólnie wydaje się, że podwyższony poziom azotanów może pobudzać poziom zooksantelli w koralowcach, a akwaryści mogą zauważyć to jako ciemnienie (brązowienie) koralowców, ponieważ zooksantelle są złotobrązowe. To, czy występuje efekt szybkości wzrostu iw jakim kierunku, może zależeć od koralowca i innych warunków w akwarium.

Pomiar azotanów w akwariach

Azotany można dość łatwo zmierzyć w akwariach morskich na poziomach wyższych niż około 0,5 ppm przy użyciu zestawów testowych. Akwaryści czasami uzyskują różne wyniki z różnych zestawów testowych, jednak nawet podczas testowania tej samej próbki wody. Z tego powodu sugeruję akwarystom, aby oceniając, czy metody redukcji azotanów są odpowiednie, spojrzały na wpływ na ich akwarium przynajmniej w takim samym stopniu, jak wynik testu z zestawu testowego. Ważne może być również trzymanie się jednej marki zestawu. Nawet jeśli jest to stosunkowo niedokładne, monitorowanie zbiornika za pomocą jednego zestawu pozwoli przynajmniej na monitorowanie trendów, podczas gdy przełączanie się między wieloma zestawami może sprawić, że akwarysta nie będzie wiedział, czy azotan rośnie, spada lub pozostaje stabilny.

Źródła azotanów w zbiornikach rafowych

Głównym źródłem azotanów w akwariach rafowych jest żywność dodawana do systemu. Wszystkie białka zawierają azot, podobnie jak wiele innych biocząsteczek. Po metabolizowaniu większość tego azotu może przekształcić się w azotan. Na przykład ryby i inne organizmy wydalają amoniak po strawieniu pokarmu, a bakterie nitryfikacyjne szybko przekształcają amoniak w azotyn, a następnie w azotan. Inne czynniki mogą obejmować wymieranie organizmów, które ulegają degradacji w sposób podobny do pokazanego powyżej dla planktonu.

Wreszcie, użycie nieoczyszczonej wody może prowadzić do znacznego dodania azotanów do akwariów. W Stanach Zjednoczonych woda pitna może zawierać do 44 ppm azotanów. Codzienne dodawanie takiej wody w celu zastąpienia odparowanej wody zapewni znaczną ilość azotanów. Jednak w wielu miejskich wodociągach poziom azotanów jest znacznie niższy. W moim zaopatrzeniu w wodę poziom azotanu wynosi zwykle tylko 0,1 ppm.

Obniżenie

poziomu azotanów w akwariach Najważniejsze dla wielu akwarystów jest to, że ich poziom azotanów w akwariach jest wyższy niż wolą. Staram się utrzymywać poziom azotanów w moich akwariach poniżej 1 ppm, a najlepiej poniżej około 0,5 ppm. To powiedziawszy, rzadko testuję azotany i oceniam redukcję składników odżywczych na podstawie sygnałów z akwarium, takich jak tempo wzrostu glonów na szkle.

W tej sekcji opisano różne działania, które można podjąć w celu zmniejszenia poziomu azotanów w akwariach. Zauważ, że nie włączam żadnej dyskusji na temat zmian wody, chociaż oczywiście działają one do pewnego stopnia. Omówiłem ten efekt obszernie w poprzednim artykule. Problem z wymianą wody polega na tym, że bardzo trudno jest obniżyć stężenie azotanów do naturalnego poziomu tylko w ten sposób, chyba że system jest stale przepłukiwany czystą wodą. Niemniej jednak dobrze radzi sobie z ograniczaniem gromadzenia się azotanów.

Pierwszym działaniem zmierzającym do redukcji azotanów jest pomiar azotanów za pomocą zestawu testów jakości, aby zrozumieć skalę problemu i móc śledzić postępy. Następnie wykonaj jedną lub więcej z poniższych czynności i monitoruj zawartość azotanów w czasie, aby sprawdzić, czy pomaga.

1. Dopływ azotu do akwariów

Jeśli przekarmiasz, przestań. Nie sugeruję jednak, aby ludzie głodzili jakiekolwiek organizmy w swoich akwariach w celu zmniejszenia poziomu azotanów. Należy pamiętać, że z punktu widzenia ostatecznego dostarczenia azotanów do słupa wody nie ma znaczenia, czy pokarm zostanie zjedzony przez rybę, czy nie. Prawie cały azot w pożywieniu trafi do słupa wody, niezależnie od tego, czy zostanie strawiony przez rybę, koral, czy też bakterie i inne mikroorganizmy. Na szczęście istnieją lepsze opcje kontroli azotanów niż głodzenie zbiornika.

Jeśli używasz wody z kranu, przetestuj ją na obecność azotanów, aby sprawdzić, czy jest źródłem, a jeśli tak, najpierw ją oczyść. System odwróconej osmozy / dejonizacji (RO / DI) jest najlepszy z wielu powodów, ale prosty system wykorzystujący sam RO lub sam DI prawdopodobnie będzie odpowiedni do tego celu.

2. Eksport azotu przez odtłuszczanie

Samo odtłuszczanie zwykle nie pozwala akwarystom wyeliminować problemu azotanów, ale może być znaczącą pomocą, a także ma inne zalety, takie jak napowietrzanie i usuwanie związków organicznych i fosforu. Powodem, dla którego odtłuszczanie działa w przypadku azotanów, nie jest to, że azotan jest usuwany (tak nie jest), ale raczej to, że cząsteczki organiczne w wodzie, które zawierają azot, można usunąć, zanim się rozpadną, uwalniając azot nieorganiczny. Na przykład wiele białek jest łatwo usuwanych i wszystkie zawierają dużą ilość azotu. Ale ten mechanizm pokazuje również, dlaczego samo odtłuszczanie jest często nieodpowiednie: nie może nic zrobić w przypadku amoniaku wydalanego przez organizmy, który jest przekształcany w azotan przez bakterie nitryfikacyjne.

3. Eksport azotu poprzez hodowlę i zbiór glonów makroskopowych lub glonów darniowych (lub dowolnego innego wybranego organizmu)

Uprawa i zbieranie makroalg lub stosowanie płuczki algowej (ATS) może być bardzo skutecznym sposobem na zmniejszenie poziomu azotanów (wraz z innymi składnikami odżywczymi) w akwariach rafowych. W moim systemie raf, gdzie mam duże, oświetlone ostoje, w których rosną makroalgi Caulerpa racemosa, te glony są wyraźnie dużym mechanizmem eksportu składników odżywczych. Akwaria z dużą ilością dobrze prosperujących makroalg lub glonów darniowych mogą uniknąć problemów z mikroalgami. Nie jest oczywiste, czy zmniejszenie zawartości azotanów jest przyczyną redukcji mikroalg; inne składniki odżywcze również mogą stać się ograniczające. Ale dla akwarystów rafowych z poważnym problemem mikroalg, dokładny mechanizm może nie mieć znaczenia. Jeśli szybko rosnące makroalgi wchłaniają wystarczającą ilość składników odżywczych, aby utrzymać stężenie azotanów w słupie wody na akceptowalnie niskim poziomie, a jednocześnie utrzymywać mikroalgi pod kontrolą,

Dla tych, którzy chcą wiedzieć, ile azotanów jest eksportowanych przez makroalgi, ten darmowy artykuł PDFw czasopiśmie Marine Biology zawiera przydatne informacje. Podaje zawartość fosforu i azotu dla dziewięciu różnych gatunków makroglonów, w tym wielu, które zazwyczaj utrzymują rafowcy. Na przykład Caulerpa racemosa zebrana na Hawajach zawiera około 5,6% azotu i 0,08% fosforu w przeliczeniu na suchą masę. Zbieranie 10 gramów (suchej masy) tych makroglonów z akwarium byłoby równoważne zmniejszeniu zawartości azotanów o 2,5 grama lub 10 ppm w akwarium o pojemności 67 galonów. Wszystkie inne badane gatunki dały podobne wyniki (plus lub minus współczynnik dwa). Co ciekawe, korzystając z danych dotyczących fosforanów tego samego papieru, ten eksport byłby również równoważny usunięciu 24 mg fosforanu ze słupa wody. Ta ilość zmniejszyłaby stężenie fosforanów z 0,2 ppm do 0,1 ppm w akwarium o pojemności 67 galonów.

4. Głębokie

pokłady piasku Głębokie złoża piasku mogą tworzyć obszary o niskiej zawartości tlenu, w których bakterie wykorzystują azotany. Używają go do metabolizowania substancji organicznych, które przypadkowo dyfundują do piasku ze słupa wody. Kiedy tlen zostanie wyczerpany w piasku, bakterie mogą nadal utleniać dostępne związki organiczne, używając azotanów zamiast O2. W tej sytuacji azotan działa jako akceptor elektronów (np. Źródło tlenu) zamiast tlenu (O2). W rezultacie azotan przekształca się w N2, a N2 jest wydmuchiwany ze zbiornika do atmosfery. Zachodzące reakcje mogą być złożone22. W środowiskach zawierających tlen reakcja wygląda bardzo podobnie do pokazanej powyżej dla planktonu (pomijając tutaj fosfor):
 

gdzie organiczny oznacza typowy materiał organiczny ((CH2O) 80 (CH2) 42 (NH3) 16), który jest metabolizowany. W przypadku braku O2 i całkowitego przeniesienia form azotu do N2 (co może się zdarzyć w kilku etapach reakcji), mamy następującą ogólną reakcję:
 

Można zauważyć, że powyższy proces powoduje alkaliczność (zużywając H +). W rzeczywistości jest to dokładnie ta sama ilość zasadowości, która została wyczerpana, gdy azotan został pierwotnie utworzony z pożywienia, więc całkowity wpływ cyklu azotowego na zasadowość jest zerowany.

W wielu akwariach proces ten przebiega w stopniu wystarczającym do utrzymania azotanów na poziomie poniżej 0,5 ppm. W innych nie było to wystarczające. Sukces może zależeć od wielkości złoża, jego składu (rodzaj piasku, rozkład wielkości ziaren, głębokość i występujące w nim formy życia) oraz wymagań stawianych przed obróbką azotanów. Rzadko jest to omawiane przez akwarystów, ale substancje organiczne są również krytyczne dla tego procesu, a niektóre akwaria mogą zawierać mniej lub więcej materii organicznej w wodzie (z powodu użycia takich rzeczy, jak szumowiny lub ziarnisty węgiel aktywny), a to z kolei może wpływać na zdolność przemiany azotanów złoża piasku.

Proces ten zachodzi również w porach żywej skały oraz w wielu innych środowiskach w akwarium rafowym.

5. Filtry zaprojektowane w celu ułatwienia obiegu azotu.

Filtry, takie jak filtry zraszające, wykorzystujące tradycyjne biokulki, świetnie radzą sobie z przetwarzaniem amoniaku na azotyn do azotanu, ale nie robią nic z azotanem. Wielu akwarystów często nie jest to intuicyjne, ale całkowite usunięcie takiego filtra może w rzeczywistości pomóc w redukcji azotanów. W związku z tym korzystne może być powolne ich usuwanie i umożliwienie większej ilości przetwarzania azotu na żywej skale i piasku.

Nie chodzi o to, że po usunięciu takiego filtra powstaje mniej azotanu, chodzi o to, co dzieje się z azotanem po jego wyprodukowaniu. Kiedy azotan jest produkowany na powierzchni nieprzepuszczalnych mediów, takich jak biokulki, miesza się z całą kolumną wody, a następnie musi znaleźć drogę, poprzez dyfuzję, do miejsc, w których może zostać zredukowany (wewnątrz żywej skały i piasku, np. instancja).

Jeśli jest wytwarzany na powierzchni żywej skały lub piasku, wówczas lokalne stężenie azotanu jest tam wyższe niż w pierwszym przypadku powyżej i jest bardziej prawdopodobne, że przedostanie się do skały i piasku, które zostaną zredukowane do N2.

W akwarium rafowym z odpowiednią żywą skałą filtr ociekowy jest mało przydatny, więc ogólnie można je bezpiecznie usunąć.

6. Denitratory węgla

Istnieje wiele różnych dostępnych systemów komercyjnych, z których żaden nie jest obecnie szczególnie popularny w Stanach Zjednoczonych. Mogą jednak wykonać dobrą robotę, usuwając azotany i niektórych akwarystów, takich jak oni.

W jednym z tego typu systemów źródło węgla jest dodawane do części wody w zbiorniku w środowisku o niskiej zawartości tlenu. W wielu przypadkach źródłem węgla jest metanol. Metanol jest mieszany z wodą akwariową w kontrolowanej sytuacji (np. Płyn pompowany przez cewkę), a metanol jest konsumowany przez bakterie, które zamiast tlenu wykorzystują azotan jako akceptor elektronów:
 

Efektem końcowym jest usunięcie azotanów z akwarium. Typową wadą takiego systemu jest potrzeba starannej kontroli warunków i wynikająca z tego złożoność, która często towarzyszy takiemu reaktorowi. Zauważ jeszcze raz, że ten proces przywraca zasadowość (poprzez zużycie H +), która została utracona podczas produkcji azotanu pierwotnie.

Ta metoda jest podobna do dozowania węgla organicznego, ale jest zlokalizowana wewnątrz reaktora. Taka lokalizacja może mieć zalety (mniejsza szansa, że cyjanobakterie będą napędzane bardziej przez spożywanie substancji organicznych), ale jest nieco trudniejsze do wykonania technicznie niż proste dozowanie substancji organicznych do akwarium (opisane poniżej).

7. Biopellety

Biopellety to zazwyczaj organiczne polimery (często PHB, polihydroksymaślan; pokazane poniżej):
 

Polihydroksymaślan

Te polimery mogą bardzo powoli ulegać degradacji w sterylnej wodzie, ale w akwarium bakterie osadzają się na nich i uwalniają enzymy, które tną polimery na mniejsze cząstki (takie jak kwas hydroksymasłowy, budulec tego polimeru) znacznie szybciej niż zwykła hydroliza reakcja przebiegałaby sama. PHB jest naturalną cząsteczką magazynującą energię dla wielu bakterii, dlatego niektóre bakterie są przyzwyczajone do jej wytwarzania i wewnętrznej degradacji. Niektóre bakterie zarabiają na życie, będąc gotowymi do degradacji takich polimerów, gdy napotkają je poza swoim ciałem (na przykład z innych bakterii, które obumarły), a te bakterie uwalniają enzymy do wody, aby rozbić osad polimeru. Następnie pobierają uwolniony kwas hydroksymasłowy i metabolizują go, aby uzyskać energię.

W akwarium bakterie pokrywają peletki i same trawią większość polimeru, zużywając w tym procesie azotany i fosforany, gdy rosną i rozszerzają swoje tkanki. Część uwolnionego kwasu hydroksymasłowego przedostanie się do wody, więc bakterie mogą również rosnąć zdalnie z granulek (w tym cyjanobakterie). W konsekwencji proces ten nie jest tak ograniczony, jak denitrator węgla, chociaż zwykle przeprowadza się go w reaktorze przepływowym.

Ta metoda może wykorzystywać nieco więcej azotanu niż proporcjonalna ilość fosforanu, jeśli bakterie tworzą wystarczająco grubą warstwę na osadzie. W takim przypadku bakterie na dnie (na powierzchni peletu) mogą być ograniczone tlenem i mogą wykorzystywać azotany jako akceptor elektronów (źródło tlenu), jak to ma miejsce w głębokich pokładach piasku, oprócz N i P używanych do ich wytwarzania. tkanki ciała.

8. Denitratory siarki

W tych systemach bakterie wykorzystują siarkę elementarną i wytwarzają N2 z siarki i azotanu zgodnie z następującym równaniem (lub podobnym):
 

Produkcja kwasu (H +) w tym reaktorze może powodować zmniejszenie zasadowości akwarium. Sugerowano również przepuszczanie odcieku z takiego reaktora przez złoże aragonitu, aby wykorzystać wytworzony kwas (H +) do rozpuszczenia węglanu wapnia, a tym samym do dostarczenia wapnia i zasadowości do akwarium. Chociaż jest to dobry pomysł, nie dodaje dużo wapnia i zasadowości do większości akwariów.

Aby oszacować wielkość tego efektu, zaczynamy od liberalnego oszacowania, ile azotanów można usunąć. Powiedz 10 ppm azotanu na tydzień.

10 ppm azotanu = 0,16 mmola / l azotanu

Ponieważ 4 mole H + są wytwarzane na każde 6 moli spożytego azotanu, będzie to wytwarzać

0,107 mmola H + na tydzień.

Ile wapnia może to wytworzyć?

Załóżmy, że do rozpuszczenia jednego węglanu wapnia potrzeba jednego protonu:
 

Jest to oczywiście znacznie przeszacowane, ponieważ duża część kwasu zostanie zużyta, obniżając pH do punktu, w którym CaCO3 może nawet zacząć się rozpuszczać. W konsekwencji mamy limit wzrostu wynoszący 0,107 mmola Ca2 + na tydzień. Ponieważ wapń waży 40 mg / mmol, to 4,3 ppm Ca2 + na tydzień.

Dla porównania, akwarysta dodający codziennie 2% objętości zbiornika w nasyconej wodzie wapiennej dodaje codziennie około 16 ppm wapnia. W konsekwencji ta metoda może nie być szczególnie przydatna w utrzymaniu wapnia. Dodatkowo wytworzony kwas będzie miał długoterminowy wpływ na obniżenie zasadowości. W rzeczywistości jest to podwójne zanurzanie w spadku alkaliczności, ponieważ alkaliczność jest zużywana podczas produkcji azotanu i ponownie, gdy jest usuwany w denitratorze. Jeśli więc używasz denitratora siarki, pamiętaj o monitorowaniu zasadowości w akwarium.

9. Dozowanie węgla organicznego

Dozowanie węgla organicznego polega na dodaniu do akwarium rozpuszczalnego związku organicznego, który pobudza rozwój bakterii. Typowymi związkami organicznymi mogą być etanol (jako wódka), kwas octowy (jako ocet), octan wapnia (jako ocet nasycony wapnem), cukier (sacharoza) i wiele innych. Zdecydowanie najpopularniejsze są wódka i ocet. Używam octu.

Te cząsteczki organiczne mogą być wykorzystywane przez wiele organizmów, w tym koralowce, ale ich głównym celem jest napędzanie wzrostu bakterii. Aby rosnąć, bakterie potrzebują źródła azotu i źródła fosforanów, a dużą część z nich usuwają bezpośrednio z wody. Bakterie mogą rosnąć poza zasięgiem wzroku (wewnątrz żywej skały lub piasku, w ostojach, w rurkach itp.). Mogą również rosnąć w kulkach w zbiorniku ekspozycyjnym. Muszą gdzieś wyrosnąć. Jeśli staną się brzydkie, spróbuj dozować inny organiczny, który może napędzać inny zestaw gatunków, które mogą rosnąć w innym miejscu. Często zdawało mi się, że rosną na GAC (granulowanym podłożu z węgla aktywnego) w filtrze kanistrowym, którego wcześniej używałem, co umożliwia stosunkowo łatwy eksport poprzez płukanie GAC raz na kilka tygodni.

Nigdy nie słyszałem żadnego wiarygodnego argumentu, dlaczego dawkowanie wielu substancji organicznych na raz jest pożądane, ale wielu ludzi to robi i prawdopodobnie nie ma w tym nic złego. Pomysł, że wiele substancji organicznych napędza różnorodność gatunków bakterii, jest tylko spekulacją, a nawet jeśli jest prawdziwa, nie widzę korzyści.

Same bakterie mogą być następnie odtłuszczone lub użyte jako pokarm dla podajników filtrów lub jedno i drugie (większość ludzi prawdopodobnie ma w pewnym stopniu oba, chyba że nie używają skimmera). Bakterie mogą rosnąć częściowo w obszarach o niskim poziomie O2 (takich jak piasek lub skała), a częściowo w środowiskach silnie natlenionych. Ponieważ metabolizm w regionach o niskim poziomie O2 zużywa stosunkowo więcej azotanów niż fosforanów w porównaniu do metabolizmu w środowisku o wysokim O2, względne ilości azotanów i fosforanów, które obserwują akwaryści, mogą się różnić w zależności od systemu.

Azotany są zawsze redukowane w większym stopniu niż fosforany po prostu dlatego, że bakterie potrzebują dużo więcej azotu niż fosforu, ale metabolizm związków organicznych w regionach o niskim poziomie O2 może go jeszcze bardziej wypaczyć i czasami może opuścić akwarium z małą ilością azotanów i nadmiarem fosforanów, które bakterie nie „chcą”. W takim przypadku środek wiążący fosforany może z korzyścią eksportować ten pozostały fosforan. Alternatywnie, niektórzy akwaryści dawkowali azotany bezpośrednio do akwarium, aby umożliwić spożycie resztkowego fosforanu.

Te powiązane artykuły szczegółowo opisują dozowanie octu i wódki .

Potencjalną wadą, która mogła odegrać rolę w niektórych problemach ze zbiornikami, jest to, że bakterie, które rozwijają się, gdy są dozowane cząsteczki organiczne, mogą być łagodne (i wydają się być w prawie wszystkich przypadkach), ale w innych mogą być patogenne. Oznacza to, że dodane substancje organiczne mogą nasilać infekcje bakteryjne, jeśli bakterie wywołujące infekcję (ryb, koralowców itp.) Są w stanie pobrać dodane substancje organiczne i wykorzystać je do szybszego wzrostu. Myślę, że to ryzyko jest niskie, ale może być realne. Jeśli masz niewyjaśnione problemy, które mogą pasować do tego opisu, a dozujesz węgiel organiczny, spróbuj nie dawkować przez dłuższy czas.

Drugą potencjalną wadą dozowania węgla organicznego jest możliwość namnażania się nieestetycznych cyjanobakterii w zbiorniku ekspozycyjnym. Istnieje wiele gatunków cyjanobakterii, a niektóre mogą spożywać substancje organiczne, które dodajemy w tej metodzie. Jeśli staną się konsumentami pierwotnymi, może zajść potrzeba zrobienia czegoś, na przykład zmiany dawki na inny związek organiczny lub redukcja fosforanu za pomocą środka wiążącego, takiego jak GFO (granulowany tlenek żelaza).

10. Substancje stałe pochłaniające azotany

Przez wiele lat sprzedawano akwarystom różne produkty z tlenku glinu i zeolitów w celu wiązania azotanów z roztworu. Jednym z przykładów jest gąbka azotanowa Kenta. Sam żadnego nie testowałem. Wielu akwarystów twierdzi, że działa, ale zajmuje dużo czasu i dużo materiału.

11. Media denitryfikacyjne

Istnieje wiele porowatych mediów ceramicznych, które mają wewnętrzne pory, które działają podobnie jak żywa skała. Niektóre z nich są dość nowe na rynku (np. Bloki Cermedia MarinePure), a niektóre istnieją już od jakiegoś czasu (np. Seachem Matrix). Stanowią obszar, w którym może mieć miejsce denitryfikacja, ponieważ potencjalnie może mieć niską zawartość tlenu, a zatem podobnie jak wnętrze głębokiego złoża piasku lub żywej skały. Niektórzy użytkownicy zgłaszają wielki sukces z nimi i najwyraźniej są bardzo skuteczni w utrzymywaniu niskiego poziomu azotanów w wielu akwariach. Jedną z możliwych wad, która nie została jeszcze w pełni zrozumiana, jest możliwość uwalniania przez niektóre z nich aluminium do wody, co może mieć skutki toksyczne. Jak ważne jest to, pozostaje do ustalenia. Może to wcale nie być problemem.

12. Polimery i węgiel, które wiążą związki organiczne

Te spoiwa są podobne do odtłuszczania, ponieważ usuwają substancje organiczne z systemu, zapobiegając ich degradacji i przyczyniając się do obciążenia organicznego. Przykładami są Purigen firmy Seachem i Poly-Filters firmy Poly-Bio-Marine. Nie używałem żadnego z nich do tego celu i nie słyszałem o innych, które znacznie zmniejszyłyby podwyższone poziomy azotanów, ale osiągnęłyby ten cel, a redukcja substancji organicznych i tak jest ogólnie pożądana.

Podsumowanie

W przeszłości podwyższony poziom azotanów był czymś, co wielu akwarystów akceptowało jako element życia w prowadzeniu akwariów morskich. Teraz, mając wiele łatwo dostępnych sposobów redukcji azotanów, większość akwarystów może (i prawdopodobnie powinna) dążyć do utrzymania azotanów na bardziej naturalnym poziomie. Dzięki nowym dostępnym metodom coraz większa liczba akwarystów miała problemy ze zbyt małą ilością azotanów, więc utrzymanie odpowiedniego poziomu może być trochę równoważące.

Postanowiłem utrzymać niski poziom składników odżywczych poprzez:

1. Uprawę i zbieranie makroglonów (obecnie Caulerpa racemosa) z kilku dużych ostoi.

2. Refugia są w większości wypełnione skałami, aby umożliwić denitryfikację znacznych powierzchni.

3. Dozuję ocet (~ 175 ml dziennie do 120 wyświetlacza o łącznej objętości ~ 300 galonów) w ciągu dnia tuż przed pierwszym refugium.

4. Odgarniam i używam GAC (granulowany węgiel aktywny) do usuwania organicznego, zanim zdąży się rozłożyć.

5. Używam również GFO, ale spodziewam się, że nie ma to prawie żadnego wpływu na poziom azotanów.

Jedyną rzeczą, której nie robię, jest usuwanie cząstek stałych (z wyjątkiem szumowania), dzięki czemu detrytus gromadzi się na dnie moich refugii i studzienek w grubej warstwie.To może być dużym źródłem składników odżywczych z czasem, ale metody eksportu, których używam, najwyraźniej radzą sobie ładunek.

 

Randy Holmes-Farley

 

 

 

Bibliografia

 

1. Oceanografia chemiczna, wydanie drugie. Millero, Frank J .; Redaktor. USA. (1996), 496 str. Wydawca: (CRC, Boca Raton, Fla.)
2. Porównawcze skutki wzbogacenia w azotany słupa wody na trawę morską Zostera marina, ławicę halodule wrightii i trawę widgeongras Ruppia maritima. Burkholder, JoAnn M .; Glasgow, Howard B., Jr .; Cooke, Jacob E. Dep. Bot., North Carolina State Univ., Raleigh, NC, USA. Marine Ecology: Progress Series (1994), 105 (1-2), 121-38.
3. Przegląd metabolizmu azotu i fosforu w trawach morskich. Touchette, Brant W .; Burkholder, JoAnn M. Department of Botany, North Carolina State University, Raleigh, Karolina Północna, USA. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology (2000), 250 (1-2), 133-167.
4. Wykorzystanie nieorganicznego azotu przez skupiska bakterii morskich w kulturze wody morskiej. Horrigan, SG; Hagstroem, A .; Koike, I .; Azam, F. Mar. Sci. Res. Cent., SUNY, Stony Brook, NY, USA. Marine Ecology: Progress Series (1988), 50 (1-2), 147-50.
5. Kilka obserwacji dotyczących kinetyki fitoplanktonu morskiego. 2. Wpływ stężeń azotanów i amonu na wzrost i tempo wchłaniania naturalnej populacji regionu Ubatuba, SP (23 ° S, 045 ° W). Schmidt, Gilda. Inst. Oceanogr., Univ. São Paulo, Brazylia. Boletim do Instituto Oceanografico (Universidade de Sao Paulo) (1983), 32 (1), 83–90.
6. Kontrola składników odżywczych wzrostu glonów w wodach ujścia rzek. Ograniczenie składników pokarmowych i znaczenie wymagań azotowych i magazynowania azotu wśród fitoplanktonu i gatunków makroglonów. Pedersen, Morten Foldager; Borum, Jens. Laboratorium Biologiczne Słodkowodnych, Uniwersytet Kopenhaski, Hillerod, Den. Marine Ecology: Progress Series (1996), 142 (1 do 3), 261-272.
7. Wzmocniony składnikami odżywczymi wzrost Cladophora prolifera w Harrington Sound na Bermudach: eutrofizacja ograniczonego ekosystemu morskiego o ograniczonej zawartości fosforu. Lapointe, Brian E .; O'Connell, Julie. Oddział Portowy Oceanogr. Inst., Inc., Big Pine Key, Floryda, USA. Estuarine, Coastal and Shelf Science (1989), 28 (4), 347-60.
8. Sezonowe zmiany w reakcjach trawy morskiej (Zostera marina L.) na wzbogacenie w składniki odżywcze i zmniejszoną dostępność światła w ekosystemach doświadczalnych. Moore, Kenneth A .; Wetzel, Richard L. Virginia Institute of Marine Science, School of Marine Science, College of William and Mary, Gloucester Point, VA, USA. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology (2000), 244 (1), 1-28.
9. Wpływ azotanów i fosforanów na wzrost i produktywność toksyn C2 przez Alexandrium tamarense CI01 w hodowli. Wang, Da-Zhi; Hsieh, Dennis PH Department of Biology, The Hong Kong University of Science and Technology, Kowloon, Hong Kong SAR, Peop. Rep. Chiny. Marine Pollution Bulletin (2002), 45 (1-12), 286-289.
10. Wychwyt i asymilacja rozpuszczonego nieorganicznego azotu przez symbiotyczny ukwiał morski. Wilkerson, Frances P .; Muscatine, L. Dep. Biol., Univ. Kalifornia, Los Angeles, Kalifornia, USA. Proceedings of the Royal Society of London, Series B: Biological Sciences (1984), 221 (1222), 71-86.
11. Asymilacja azotanów przez zooksantelle utrzymywane w hodowli laboratoryjnej. Wilkerson, FP; Rów, RK Dep. Biol. Sci., Univ. Kalifornia, Santa Barbara, Kalifornia, USA. Marine Chemistry (1985), 16 (4), 385-93.
12. Ryby w niewoli morskiej: nauka i technologia. Spotte, Stephen. (1992), 976 str. Wydawca: Interscience.
13. Wymagania dotyczące jakości wody do pierwszego karmienia larw ryb morskich. I. Amoniak, azotyn i azotan. Brownell, Charles L. Dep. Zool., Univ. Kapsztad, Rondebosch, S. Afr. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology (1980), 44 (2-3), 269-83.
14. Wpływ odżywienia na rafy koralowe z północnej Bahii w Brazylii. Costa, OS, Jr .; Leao, ZMAN; Nimmo, M .; Attrill, MJ Plymouth Environmental Research Centre, University of Plymouth, Plymouth, Wielka Brytania. Hydrobiologia (2000), 440 307–315.
15. Wpływ obniżonego pH i podwyższonego poziomu azotanów na zwapnienie koralowców. Marubini, F .; Atkinson, MJ Biosphere 2 Center, Columbia Univ., Oracle, AZ, USA. Marine Ecology: Progress Series (1999), 188 117-121.
16. Dodatek wodorowęglanu wspomaga wzrost koralowców. Marubini, Francesca; Thake, Brenda. School of Biological Sciences, Queen Mary and Westfield College, Londyn, Wielka Brytania. Limnology and Oceanography (1999), 44 (3), 716-720.
17. Azotany zwiększają gęstość populacji zooksantelli i zmniejszają szkieletogenezę koralowców. Marubini, F .; Davies, PS Bellairs Research Inst., McGill University, St. James, Barbados. Marine Biology (Berlin) (1996), 127 (2), 319-328.
18. Żywienie w symbiozie glony i bezkręgowce. II. Wpływ egzogennych źródeł azotu na wzrost, fotosyntezę i szybkość wydalania przez symbionty glonów in vivo i in vitro. Taylor, DL Rosenstiel Sch. Mar. Atmos. Sci., Miami, Floryda, USA. Proceedings of the Royal Society of London, Series B: Biological Sciences (1978), 201 (1145), 401-12.
19. Tanaka, Yasuaki, Toshihiro Miyajima, Isao Koike, Takeshi Hayashibara i Hiroshi Ogawa. „Niezrównoważony wzrost koralowców między tkanką organiczną a szkieletem węglanowym spowodowany wzbogaceniem w składniki odżywcze”. Limnologia i oceanografia 52, no. 3 (2007): 1139-1146.
20. Wpływ podwyższonej temperatury wody morskiej i wzbogacenia azotanami na rozgałęziony koral Porites cylindrica przy braku pożywienia w postaci cząstek Nordemar, I .; M Nyström, M .; Dizon, R. Marine Biology (2003) 142: 669-677.
21. Wprowadzenie do chemii morza. Pilson, Michael EQ (1998) 431 str. Wydawca: Pearson Education POD.
22. Usuwanie azotanów - Nowa alternatywa autorstwa Randy Donowitz, Aquarium Frontiers kwiecień 1998.