Нитраты и фосфаты - такие вредные и такие полезные

Эта небольшая заметка посвящена содержанию рыб при различных концентрациях азота и фосфора (нитрат- и фосфат-ионов) в аквариумной воде, и всему, что с ними связано. Все мы знаем о протекании азотного цикла в аквариуме. Напомним, однако, читателям, что такое нитриты и откуда они берутся.

НИТРИФИКАЦИЯ [от лат. nitr(o-genium) — азот и лат. facio — делаю] — процесс биологического превращения восстановленных соединений азота в окисленные неорганические. Происходит он в почве и воде. Так называемая автотрофная нитрификация осуществляется в две стадии высокоспециализированными бактериями-нитрификаторами, использующими энергию окисления аммония или нитрита для ассимиляции углекислоты и других процессов. Сначала аммоний окисляется бактериями родов Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosococcus, Nitrosolobtis:

NH₄⁺ + 2О₂ = NO₂— + 2H₂O;

затем нитриты окисляются представителями родов Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus в нитраты:

2NO₂— + О₂ = 2NO₃^—.

Нитрификаторы выделены и описаны в 1890 С. Н. Виноградским как облигатные автотрофы.

Нитрификация — основной путь образования нитрата в природе, он играет первостепенную роль в круговороте азота в биосфере. Эти реакции завершают процесс минерализации органики в экосистеме. Для подавления нитратов выпускают специфические ингибиторы, но об этом, и о том, как бороться с накоплением нитратов в аквариуме, речь пойдет немного позже.

Известно также, что нитриты и нитраты оказывают токсическое действие на живые организмы. Особенно высока токсичность нитритов. Большинство пресноводных рыб погибает при концентрации NО₂ равной 0,5мг/л. Долговременное пребывание рыб в воде с концентрацией нитритов более 0,1—0,2 мг/л приводит к плачевным последствиям. Но, как правило, нитриты не накапливаются в больших концентрациях в воде из-за их окисления до нитратов (при адекватных условиях, т.е. наличии достаточной концентрации бактерий Nitrobacter, достаточного уровня кислорода, и др.).

Нитраты — менее токсичные соединения азота, чем аммиак и нитриты. Концентрация NO₃ может достигать 30—100 мг/л и даже значительно больших значений. При этом рыбы живут в воде с таким содержанием нитратов достаточно долго и, кажется, без видимого ущерба для здоровья. Обычно концентрации нитратов велики в так называемой «старой» воде. Раньше считалось, что такая вода наиболее подходит для аквариума, особенно для разведения некоторых видов рыб. В старой и даже новой литературе можно прочитать о применении только «старой воды» для разведения особенно прихотливых представителей харациновых или карповых рыб. Несомненно, если такая вода содержит повышенное количество нитратов, итог разведения рыб в ней вполне предсказуем.

Казалось бы, все понятно, но как быть с растениями?

Ведь для них такие питательные элементы, как азот и фосфор, занимают особое положение. По наблюдениям К. Хорста, хотя в природных тропических водоемах большинство питательных веществ (кальций, магний, натрий, сера, углерод) содержатся в достаточных количествах (от 1 до 100 мг/л), два важнейших элемента образования белка — азот и фосфор — часто находятся в крайне ограниченной концентрации, которая часто лежит ниже уровня некоторых микроэлементов. В незагрязненных водах их содержание колеблется от 0,01 до 0,1 мг/л. В водах Борнео, например, концентрация нитрат-иона составляет меньше 0,01 мг/л, а уровень фосфата еще ниже.

Далее, отмечает Хорст: в течение своего длительного развития водные растения находились в ситуации, когда уровень нитратов и фосфатов чрезвычайно мал, и выработали способность потребности в азоте и фосфоре удовлетворять ограниченно малым их количеством. Это происходит благодаря способности водных растений усваивать элементы листовой поверхностью непосредственно из воды. При помощи этого механизма водные растения способны улавливать сверхмалые концентрации, до 1 : 100 000 000 анионов, в том числе нитрата и фосфата.

В аквариуме растения находятся в противоречивой ситуации: очень чувствительные к повышенному содержанию нитратов и фосфатов в природе, растения испытывают дискомфорт от повышенного содержания этих элементов в аквариумной воде, токсичного для некоторых видов растений. Штенгель (Stengel, 1978) опубликовал исследования, из которых следует, что содержание фосфата около 60 мг/л уже является ядовитым. Есть растения, для которых ядовитыми являются и более низкие концентрации.

В аквариумной литературе и исследованиях эта проблема, однако, до сих пор часто обходится, хотя решение этих вопросов успешного культивирования водных растений лежит именно здесь.

Вопрос о водорослях в условиях аквариума несомненно существует на основе проблемы, связанной с превышением содержания нитратов и фосфатов в аквариумной воде. Водоросли подавляют высшие растения, находящиеся в конфронтации с чрезмерно высоким содержанием нитрата и фосфата (чего практически не происходит в природных водоемах). Надо заметить однако, что присутствие фосфатов (в умеренной зоне) положительно влияет на окисление аммония бактериями Nitrosomonas.

Контроль необходим

Несмотря на малую токсичность нитратов, нельзя злоупотреблять их содержанием в воде аквариума. Замечено, что в воде, богатой нитратами, рыбы (особенно мальки) растут медленнее, труднее размножаются, раньше теряют способность к размножению, наблюдаются частые случаи заболеваний в результате ослабления иммунной системы. Таким образом, желательно, чтобы концентрация нитратов в аквариумной воде не превышала 10—20 мг/л. Избыточное количество нитратов можно уменьшить, либо применяя фильтры с адсорбентами (нитрат-киллеры) и денитраторы, либо регулярно проводя частичную подмену воды. Проточные системы наиболее приемлемы в ситуациях, когда превышение нитратов недопустимо. Подразумевается, что исходная водопроводная вода не содержит нитратов вовсе, либо в очень малых количествах, оправдано применение очистки воды перед подачей в аквариум посредством ионнообменников или установками обратного осмоса. Для поддержания нормальной экологии в аквариуме очень желательно присутствие длинностебельных быстрорастущих растений, снижающих содержание NO₃^— и PO₄^3- почти на порядок. Прописная истина: регулярный уход за аквариумом позволяет поддерживать концентрацию токсичных веществ в допустимых пределах. В аквариуме, как и в природе, главными процессами, направленными на понижение концентрации нитратов, являются потребление их растениями, фитопланктоном и денитрофицирующими бактериями, которые при недостатке кислорода используют кислород нитратов на окисление органических веществ.

Родниковая вода: так ли она хороша?

При длительном содержании рыб в воде, содержащей значительные количества нитратов (от 25 до 100 мг/л), резко возрастает концентрация метгемоглобина в крови некоторых гидробионтов. Нежелательно использовать грунтовые воды и питаемые ими колодцы в случае, если вы не знаете содержание в них нитратов. И не только для аквариума, но и для питья. В поверхностных водах нитраты находятся в растворенной форме, и их концентрация подвержена заметным сезонным колебаниям: минимальная в вегетационный период, она значительно увеличивается осенью и достигает максимума зимой, когда при минимальном потреблении азота происходит разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные. Так, любимая народом, «родниковая» вода может оказаться губительной не только для аквариумных обитателей, но и для человека.

Литература:

«Современный аквариум и химия» Хомченко И.Г.,Трифонов А.В.,Разуваев Б.Н. изд-во «Новая волна» 1997г.
«Aquarientechnik im Subwasser und Seewasser» M.Sander Ulmer.
«Aquarien Atlas» Hans A.Baensch & Dr.Rudiger Riehl band 1,2 Mergus 1997
«The Optimum Aquarium», Horst, K., and Kipper, H. aquadocumenta Verlag GmbH, 1986.
«Растения в аквариуме» Хорст К. перевод Москва 1992
«Aquarien pflanzen» Kasselmann C. Ulmer 1999

Сергей Танга