Der Stickstoffkreislauf

Der Stickstoffkreislauf im Salzwasseraquarium - von Joachim Frische.

Durch Futter und Ausscheidungsprodukte wie Harnsäure und Harnstoff gelangt gebundener Stickstoff in Form von Ammonium und Ammoniak ins Aquarium. Durch den basischen Charakter des Meerwassers findet sich vor allen Dingen Ammoniak. Diese Substanz, chemisch als NH3 bezeichnet, ist für Fische giftig. Durch Oxidation wandelt sich Ammoniak in Nitrit um, eine Substanz, die nicht minder giftig ist. Beide genannten Substanzen sind ätzend und hemmen den Sauerstofftransport im Kreislauf der roten Blutkörperchen.

Als Nächstes folgt die Oxidation zu Nitrat. Fische vertragen zwar relativ hohe Nitratwerte, bis einige 100 mg/l, Wirbellose sind, jedoch wesentlich empfindlicher und können bereits bei Werten über 20 mg/l negative Reaktionen zeigen.

Dass das giftige Ammoniak über Nitrit zu Nitrat oxidiert wird, ist zwei Bakteriengattungen zu verdanken, die als Nitrosomonas und Nitrobacter bekannt sind. Der gesamte Reaktionsablauf wird als Nitrifikation bezeichnet und findet unter sauerstoffreichen (aeroben) Verhältnissen statt.

Während die Nitrifikation in einem eingefahrenen Riffaquarium quasi von selbst abläuft, trifft dies für den Abbau von Nitrat zu gasförmigem Stickstoff nicht zu.

Vor allem wenn viele Fische im Aquarium gepflegt werden, kann es zu einer Anreicherung von Nitrat kommen. Viele Fische bedeuten gleichzeitig viele Abfallprodukte.

Voraussetzung für den Abbau von Nitrat ist ein sauerstoffarmes Umfeld. Hier siedeln sich Bakterien an, die das Nitrat aufspalten, den Sauerstoffanteil veratmen und den Stickstoff freisetzen. Der Stickstoff entweicht als Gas.

Was kann getan werden, um die Anreicherung von Nitrat zu reduzieren?

- Es muss ein Überbesatz an Fischen vermieden werden. Diese einfache Aussage ist in der Praxis jedoch nur sehr schwer zu realisieren, da „Überbesatz“ nicht mit einer einfachen Formel berechnet werden kann. Als Faustregel wird oft angegeben: 1 cm Fisch pro 10 l Aquarienwasser. Der Stoffwechselumsatz des Fisches ist hier jedoch unberücksichtigt. Prinzipiell gilt die Devise: Wenige Fische pflegen und diese artgerecht halten. Was dies im Einzelnen bedeutet, wird im Band: „Ihr Hobby: Fische im Riffaquarium“ (Frische 2000) ausführlich behandelt.

- Die technischen Anlagen des Meerwasseraquariums müssen so dimensioniert sein, dass möglichst viele Abfallstoffe noch vor ihrem Abbau aus dem Wasserkreislauf entfernt werden. Hier ist insbesondere ein gut funktionierender und ausreichend dimensionierter Eiweißabschäumer von großer Wichtigkeit.

- Abwechslungsreiche Fütterung mit unterschiedlichen Futtersorten. Frostfutter kombiniert mit Naturefood sorgt übrigens dafür, dass der Nitratgehalt, welcher über die Fütterung entsteht, reduziert wird. Fressen die Fische Naturefood gern und reichlich, kann die Menge an Frostfutter noch weiter reduziert werden.

Zur Nitratreduzierung können Wodka- und Schwefelfilter eingesetzt werden. Die Prinzipien werden gesondert beschrieben.

Neben Bakterien nutzen auch Algen und Korallen das Nitrat als Nahrungsquelle. Einige Aquarianer unterhalten deshalb so genannte Algenfilter. Hier ist wichtig, dass die Algen regelmäßig ausgelichtet werden, damit es nicht zu einem plötzlichen Absterben der gesamten Pflanzenpopulation kommt. Ein solches Ereignis wirkt sich katastrophal auf ein Riffaquarium aus.

Der Nachweis von Ammoniak, Nitrit und Nitrat erfolgt über kolorimetrische Tests, die der Fachhandel zum Kauf anbietet. Wie Nitrit auf Korallen wirkt und warum geringe Nitratmengen durchaus sinnvoll sind, darüber informieren die Hobby-Bücher: „Blumentiere im Meerwasseraquarium“ (Frische 1998) und „Steinkorallen“ (Frische & Mohr 2002).

- Nitratfilter

Nitrat ist ein Nährstoff, der vor allem für Pflanzen und Algen von Bedeutung ist. Im Aquarienwasser sind Nitratmengen von 20 bis 30 mg/l im Allgemeinen unproblematisch, höhere Konzentrationen können jedoch das Wachstum unerwünschter Algen verursachen und den Wuchs der Korallen beeinträchtigen. Nitrat gelangt über die Nahrungskette und das Ausgangswasser ins Aquarienwasser. Vor allem die Fischfütterung spielt eine große Rolle beim Nitratanstieg. Da Fische aber gut gefüttert werden müssen, ist ein schleichender Nitratanstieg insbesondere dann zu beobachten, wenn das Aquarium mit Fischen überbesetzt ist oder die technische Einrichtung nicht ausreichend dimensioniert ist.

Nitratfilter dienen dem Zweck, Nitrat, NO3-, auf biologischem Wege abzubauen. Dies erfolgt auf anaerobem Wege, was nichts anderes bedeutet, als dass das Wasser sauerstoffarm bis –los sein muss, damit der Nitratabbau optimal funktioniert. In der Fachsprache heißt ein solcher Filter Denitrifikationsfilter.

Ein derartiger Filter wird von Bakterienpopulationen besiedelt, die in der Lage sind, vom Nitratmolekül den Sauerstoff abzuspalten und diesen für ihren Stoffwechsel zu nutzen. Übrig bleiben gasförmiger Stickstoff und Kohlendioxid, die in die Atmosphäre entweichen. Soweit das stark vereinfacht dargestellte Prinzip des Nitratabbaus.

Es gibt zwei Möglichkeiten, einen Nitratfilter zu betreiben:

Nitratfilter

1. Wodkafilter

Technisch ist der Filter so aufgebaut, dass das zugeführte Aquarienwasser relativ lange im Filter verbleibt. Am wirkungsvollsten sind Filter, in denen intern das Wasser bei hoher Geschwindigkeit kreist, der Ab- und Zulauf des Aquarienwassers jedoch auf wenige Liter pro Stunde gedrosselt wird.

Die Sauerstoff zehrenden Prozesse im Filter senken das Redoxpotenzial auf -50 bis – 200 mV ab, sodass ein für die Funktion der Denitrifikation notwendiges Milieu entsteht. Die ablaufenden Reduktionsvorgänge erfordern eine Zufütterung der Bakterien mit Kohlenstoff. Hierzu wird Zucker (Dextrose, Lactose) oder Alkohol (zum Beispiel in Form von Wodka) zugeführt. Die Dosierung des Kohlenstoffs muss exakt erfolgen. Geschieht dies nicht und der Aquarianer dosiert beispielsweise zu viel Wodka, fällt das Redoxpotenzial unterhalb – 300 mV und die Produktion des hochgiftigen Schwefelwasserstoffs erfolgt. Deshalb ist es von Vorteil, diesen Filter mit einer Redoxüberwachung zu betreiben. Der Fachhandel bietet ausgereifte Denitrifikationsfilter an, die nach diesem Prinzip arbeiten. Eine gute Referenz ist die Arbeit Sebrallas (2001).

2. Schwefelfilter

Der Schwefelfilter – auch als autotropher Denitrifikationsfilter beschrieben – hat gegenüber der eben vorgestellten Methode mit heterotrophen Bakterien den Vorteil, dass keine organische Substanz (z. B. Alkohol, Essigsäure, Zucker) dem Nitratfilter zudosiert werden muss. Als Nährmedium dienen statt der Kohlenstoffquelle der Schwefel.

Der Nachteil ist, dass die Anlaufphase und die Reaktion auf Belastungsschwankungen vom Schwefelfilter weniger schnell bewältigt werden. Vor allem die Zeit, bis dieses Gerät funktioniert, kann erheblich sein (> 6 Monate), sodass es wünschenswert wäre, wenn die Hersteller solcher Schwefelfilter gleich mit Schwefelbakterien geimpftes Material im Lieferumfang bereithalten würden. Auch die Anzahl der Tropfen des aus dem Filter austretenden Wassers ist mit Bedacht zu wählen und nicht zu schnell zu ändern, da es sonst passiert, dass die Bakterien nicht mehr die gewünschte Leistung bringen.

Beide genannten Denitrifikationsfilter sind in der Praxis bewährt und zu empfehlen. Die Anschaffung zu Beginn des Betriebs eines Meerwasseraquariums ist allerdings nicht zwingend.


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