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Wasserwerte unter der Lupe - Stickstoffkreislauf Teil 1 © Text Beate Laufer

Die Nitrifikation bzw Denitrifikation ist mit das Wichtigste im Aquarium, denn ohne diese wäre es nicht möglich, die Tiere lange gesund zu halten.

Die wichtigsten Wasserparameter, an denen man den Zustand der Nitrifikation bzw Denitrifikation festmachen kann, sind: Ammonium/ Ammoniak, Nitrit und Nitrat.

Der Stickstoffkreislauf geschieht mit Hilfe von Bakterien. Schauen wir uns diese mal etwas näher an.

Ernährung der Bakterien

Eine überwiegende Mehrzahl der Bakterien braucht zur Ernährung organischen Kohlenstoff. Dieser wird durch Abbauvorgänge aus organisch gebundenen Kohlenstoff (Verwesung, Fäulnis) gewonnen. Diese Art der Ernährung nennt man heterotroph.
Im Gegensatz dazu steht die autotrophe Ernährung. Diese Bakterien brauchen zur Ernährung anorganischen Kohlenstoff. Um den nutzen zu können, betreiben die Bakterien entweder Photosynthese (Energielieferant ist das Licht) oder Chemosynthese (Energielieferant sind anorganische Verbindungen).

Unsere meist beachteten Bakterien im Aquarium, die Nitrifikationsbakterien sind autotrophe Bakterien, die Chemosynthese betreiben. Und zwar dient der Stickstoff des Ammoniums/ Ammoniaks bzw. des Nitrit als Energielieferant. Dieser Vorgang ist vom Vorhandensein von Sauerstoff abhängig, d.h. die Bakterien brauchen eine sauerstoffhaltige Umgebung. Diese Bakterien nennt man daher aerob.

Doch halt

Nitrfikationsbakterien sind autotroph? Nun, das stimmt in seiner Pauschalität nicht. Nitrifikation findet auch mit Hilfe von heterotrophen Bakterien statt, allerdings fällt in unseren Aquarien den autotrophen Bakterien die größte Bedeutung anheim.

Unwichtig sind diese heterotrophen Bakterien allerdings nicht.

Werfen wir mal einen Blick auf diese anderen Nitrifikanten:

  • sie haben eine 5-fach höhere Vermehrungsrate bei günstigen Bedingungen als die autotrophen Bakterien
  • Nitrifikation ist ja ein Synonym für Stickstoffkreislauf.

Aber immer wenn Stickstoff irgendwie oxidiert wird (nichts anderes passiert ja während der Nitrifikation) entstehen Stickoxide. Bei den heterotrophen Bakterien fallen diese Stickoxide in wesentlich geringerer Konzentration an.

  • sie sind in der Lage, auch Kohlenwasserstoffe abzubauen
  • sie brauchen für ihre Arbeit wesentlich länger als die autotrophen
  • sie können wohl auch aerob denitrifizieren (Unter Denitrifizierung versteht man ja im Allgemeinen den Abbau von Nitrat über Nitrit zu gasförmigen Stickstoff unter Abwesenheit von Sauerstoff.)

Nochmal zum Verständnis

Nitrifikation läuft immer über die Stufen Ammonium/ Ammoniak – Nitrit- Nitrat ab. Die Oxidationsstufen sind bei beiden Bakterienarten gleich, nur die Energiequelle, die zur Ausübung dieses Vorgangs benötigt wird, ist eine andere: Entweder organischer Kohlenstoff bei den heterotrophen oder anorganischer bei den autotrophen Bakterien (Hydrogencarbonat und CO2).
Beide ergänzen sich, sind aber auch Konkurrenten.

Schauen wir auch mal, was die Nitrifikationsbakterien eigentlich an Umweltbedingungen brauchen, damit eine optimale Abbauleistung gewährleistet ist.

Temperatur

Erstaunlich, aber die Nitrifikationsbakterien mögen es gerne warm. Im Bereich 28°C ist die optimale Temperatur für die Umwandlung Nitrit – Nitrat und 30°-36° C ist die beste Temperatur für die Umwandlung Ammonium – Nitrit.

pH- Wert

Nitrifikationsbakterien sind Bakterien und deshalb mögen sie wie andere Bakterien auch keinen sauren pH-Wert. Optimale pH-Werte liegen zwischen 7-8,6 (der beste Wert ist 8,0). Alles was drunter oder drüber liegt, verringert die Abbauleistung. Es gilt die Vermutung (nicht 100%ig gesichert), dass bei pH-Werten unter 4 keinerlei Nitrifikation mehr stattfinden kann.

Sauerstoff

Oft wird aus der Tatsache, dass Nitrifikationsbakterien aerob sind, gefolgert, dass der Sauerstoffbedarf dieser Bakterien recht hoch sein muss. Dies ist aber nicht so, alleine schon die Tatsache, dass die Bakterien in warmen Wasser die besten Bedingungen haben (je wärmer das Wasser, desto weniger Sauerstoff ist darin gelöst), relativiert diese Annahme. In der Tat ist es so, dass Sauerstoffgehalte zwischen 0,25-1,3 mg/l ausreichend sind, um den Sauerstoffbedarf der Bakterien zu decken.

Natürlich wären solch niedrige Werte im Aquarium geradezu fahrlässig und auch aufgrund der Tatsache, dass autotrophe Nitrifikationsbakterien nicht alleine im Becken sind und auch andere Bakterien und vor allem auch der Tierbesatz auf Sauerstoff angewiesen sind, sollte man schon einen hohen Sauerstofflevel zumindest an der Sättigungsgrenze aufrechterhalten. Zudem verbraucht auch die Nitrifikation als solches Sauerstoff, schließlich ist das ein Oxidationsvorgang.

Nitrifikationsbakterien sind substratgebunden, d.h. sie siedeln sich auf Substrat an (Lebende Steine, Algen, Scheiben, Bodengrund etc). Dies hat zur Folge, dass UVC-Geräte diese Bakterien nicht abtöten können, da die UV-Strahlung nicht durch Wasser transportiert wird, sondern nur lokal wirkt.

Die Bakterien sind in Biofilmen organisiert.

Die bevorzugten Orte für Biofilme sind Grenzflächen mit Wasserkontakt, also wo z.B. feste Substanz mit Wasser in Berührung kommt. (Im Aquarium ist das z.B. Bodengrund- Wasser).
Biofilme sind kein unorganisierter Bakterienhaufen, sondern sie haben Struktur und Organisation. Zum Beispiel sind Wasserkanäle auch an Stellen mit der dichtesten Bakterienbesiedlung immer vorhanden. Diese Wasserkanäle haben die Aufgabe Nahrung zu den Bakterien hinzubringen und Stoffwechselprodukte abzutransportieren.

Dies war der erste Teil, im zweiten Teil geht es dann um die Wasserwerte und die Nitrifikation und Denitrifikation selber.

Liebe Grüße

Beate

 

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