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 Nitrit im Aquarium Teil 1

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Ingo

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BeitragThema: Nitrit im Aquarium Teil 1   Sa 15 Sep 2007 - 0:11

Da Nitrit immer ein Thema in der Aquaristik ist hier eine ausführliche Beschreibung über das Nitrit...

1.) Was ist ein Nitritpeak?


Nicht selten treten Erkrankungen
und Todesfälle bei Fischen in einem Aquarium auf, das neu
eingerichtet oder sehr gründlich gereinigt wurde, und zwar einige
Tage bis Wochen später. Der betroffene Aquarienbesitzer weiß
nicht, daß er ein Opfer des Nitritpeaks geworden ist. Würde
er z. B. mit einem Nitrittest sein Aquarienwasser untersuchen, dann würde
er unter Umständen mehrere mg/l Nitrit finden. Hätte er
problembewusst gehandelt, so hätte er das Aquarium nach Neustart
beimpft, im kritischen Zeitraum überwacht und Fische erst danach
eingesetzt.

Nitrit entsteht im Aquarium als ein Zwischenprodukt des
mikrobiologischen Abbaus von ursprünglich organischen,
stickstoffhaltigen Stoffen, zum Beispiel Eiweißen (Proteinen),
oder anders formuliert: Es entsteht durch die Oxidation des
Zwischenprodukts Ammonium durch Bakterien der Gattung Nitrosomonas. In
einem eingefahrenen Aquarium ist die Nitritkonzentration sehr gering,
weil dort genügend nitritoxidierende Bakterien (Nitrobacter)
vorhanden sind, die das entstandene Nitrit vollständig zum
ungiftigen Nitrat oxidieren.

beginnende Nitrifikation
In einem neu eingerichteten oder gründlich
gereinigten Aquarium kann das aber anders aussehen! Da kann es
vorkommen, daß sich Tage bis Wochen lang ein Überhang von
mehreren mg/l Nitrit ansammelt, weil zwar schon genügend Bakterien
der Gattung Nitrosomonas vorhanden sind, um Ammonium vollständig zu
oxidieren, aber noch nicht genügend Bakterien der Gattung
Nitrobacter, um das entstehende Nitrit völlig zu Nitrat zu
oxidieren. Es handelt sich um ein vorübergehendes Ungleichgewicht
im Aufbau der Bakterienflora. In der Grafik "Nitritpeak" ist
ein solcher Peak dargestellt. Dieser Peak entstand dadurch, daß
das vorhandene Ammonium durch Nitrosomonas zum Nitrit in der Größenordnung
von etwa 0,5 mg NO2-/(L.d) (d = Tag) oxidiert
wurde, und das zunächst ohne die üblicherweise darauf folgende
Oxidation des Nitrits durch Nitrobacter zu Nitrat.

Erst am neunten Tag war erstmalig die Nitritbilanz negativ: Es wurde
nunmehr mehr Nitrit verbraucht, als entstand! Der Überhang an
Nitrit wurde abgebaut. Nitritentstehung und -beseitigung kamen ins
Gleichgewicht. Der Peak verschwand. Die Gefahr war gebannt.

2.) Nitrit ist fischtoxisch

Nitrit dringt hauptsächlich über
die Chloridzellen auf den Kiemen in den Blutkreislauf des Fisches ein
und blockiert dort das Hämoglobin. Die Chloridzellen dienen der
Chloridversorgung des Süßwasserfisches. Da die Nitritionen
den Chloridionen ähnlich sind, dringt auf diesem Wege um so mehr
Nitrit ein, je weniger Chlorid im Wasser ist. Ein vielfacher Chloridüberschuss,
bezogen auf Nitrit, schützt also die Fische vor dem Nitrit.

Das blockierte Hämoglobin kann zum Erstickungstode führen,
wenn das Nitrit lange genug und in kritischer Konzentration einwirkt.
Die Toxizität ist also auch von der Chloridkonzentration und
wahrscheinlich vom pH abhängig und dazu bei den verschiedenen
Fischarten sehr verschieden, so daß man keinen Grenzwert für
Fische angeben kann.

Als weiterer Weg des Nitrits in den Fisch hinein wird die Diffusion der
salpetrigen Säure (HNO

2) diskutiert, die bei niedrigem pH durch Rückgang der
Dissoziation aus den Nitrit- (NO2-) und den
H+-Ionen entsteht.
HNO2 <--> NO2-
+ H+

In einem Aquarium mit eingelaufener und ungestörter
Bakterienflora ist praktisch kein Nitrit nachweisbar, und somit keine
Gefahr für die Fische vorhanden. Da es keinen Grenzwert für
die Aquaristik gibt, schlage ich den Wert von 0,3 mg NO2-/L
vor.

3.) Nitrit ist ein Zwischenprodukt der Nitrifikation

Nitrit ist
eines der Zwischenprodukte (Metaboliten) bei der mikrobiellen
Selbstreinigung des Aquarienwassers. In einem eingefahrenen Becken tritt
es nicht in Erscheinung, obwohl der tägliche Nitrit-Umsatz etwa 5
mg NO

2-/(L.d) betragen kann.

Die Restkonzentration von Nitrit beträgt etwa 0,01-0,03 mg NO2-/L.
Sie ist so gering, daß sie nur noch durch empfindliche Tropftests
nachweisbar ist.

Die Quelle des Nitrits sind die Stickstoffverbindungen, die hauptsächlich
in Form von Proteinen als Futterbestandteile ins Aquarium gelangen, die
zum Teil aber auch im Aquarium durch wachsende Pflanzen, Fische, niedere
Tiere, Bakterien entstehen und z. T. wieder vergehen. Z. B. wird der überwiegende
Teil des Futters von den Fischen zur Energieerzeugung und nur ein
kleiner Teil zum Aufbau von Körpersubstanz genutzt. Der im
verbrauchten Futter enthaltene Stickstoff wird von den Fischen überwiegend
in Form von Ammonium ausgeschieden, zu einem kleinen Teil als
proteinhaltige Partikel, die dann weiter über die Aminosäuren
zum Ammonium zerlegt werden. Abgestorbene Blätter oder andere
Pflanzenteile setzen Ammonium frei. Bei Trockenfutter mögen es rund
9% NH4+, bei wasserhaltigem Futter und Pflanzen
rund 1% NH4+ sein, die bei der Mineralisation
freigesetzt werden.

Ammonium ist das Ausgangsprodukt der Nitrifikation, Nitrit das
Zwischenprodukt, Nitrat das Endprodukt. Ammonium wird durch Bakterien
der Gattung Nitrosomonas zum Nitrit oxidiert. Dieses wird dann von
Bakterien der Gattung Nitrobacter zu Nitrat oxidiert.

4.) Die Dynamik der bakteriellen Besiedlung eines neuen oder
gereinigten Aquariums


Ich setze als bekannt voraus, daß die im
Aquarium auftretenden Stoffe organischer (zum Beispiel Proteine) und
anorganischer (zum Beispiel Ammonium, Nitrit) Natur durch eine Fülle
von Teilschritten unter Beteiligung verschiedener Bakterienarten
abgebaut bzw. mineralisiert werden. Daran ist Sauerstoff maßgeblich
beteiligt. Der bakterielle Stoffwechsel in einem Aquarium geschieht überwiegend
aerob.

Bakterieller Stoffwechsel bedeutet auch Zellvermehrung durch Teilung.
Ist das Substratangebot konstant, dann ist näherungsweise auch die
Zellzahl konstant. Bleibt das Substrat aus, dann geht mit einer gewissen
Verzögerung auch die Zellzahl zurück. Unmittelbar nach einer
ersten Inbetriebnahme fehlt die für den schnellstmöglichen
Abbau benötigte Bakterienzahl. Je nach Randbedingungen ist von
jeder benötigten Art zunächst nur ein kleiner Bruchteil der
Zellen vorhanden.

Die meisten Bakterienarten haben bei 25° C und gutem Nährstoffangebot
eine Generationszeit von 20 min. bis zur nächsten Teilung. Das
bedeutet, daß nach weniger als 7 Stunden aus einer Zelle eine
Million geworden sind. Ich weiß zwar nicht, wie viele wirklich
gebraucht werden, und auch nicht, wie viele zu Beginn da sind. Das
Beispiel soll nur den typischen Zeitbedarf für die Entstehung einer
Bakterienflora zeigen.

Bei den Nitrifizierern geht das nicht so schnell. Bei 25° C und
optimaler Ernährung haben sie eine Generationszeit von 18
(Nitrobacter) bis 22 Stunden (Nitrosomonas) (K. Mudrack, S. Kunst:
Biologie der Abwasserreinigung. 3. Aufl. Stuttgart 1991) Das bedeutet
einen Zeitbedarf für eine millionenfache Vermehrung von 15 bzw. 18
Tagen (statt etwa 7 Stunden, wie bei den "normalen"
Bakterienarten).

Eine Reihe von Faktoren bremst die Dynamik z. T. erheblich. Jedes
Bakterium wächst praktisch nur dann optimal und teilt sich nur
dann, wenn reichlich Nährstoffe vorhanden sind. Da ist z. B. das
Problem mit dem Nährstoff Nitrit für das Wachstum von
Nitrobacter. Er fehlt praktisch tagelang, weil sich die Nitrosomonas zu
langsam vermehren, und daher nur einen Teil des vorhandenen Ammoniums
zum Nitrit oxidieren, so daß ein Ammoniumpeak entsteht. Bevor hier
die Zellzahlen für den vollständigen Umsatz erreicht werden,
gibt es zwei deutliche Verspätungen: a.) Zunächst die Verspätung
bei dem Abbau des Ammoniums durch noch nicht verfügbare
Nitrosomonas, die das Nitrit für das Wachstum von Nitrobacter
bereitstellen sollen, und b.) die Verspätung durch die zu langsam
wachsenden Nitrobacter, die den mit Verspätung gewachsenen
Nitritpeak abbauen sollen, und das zunächst nicht schaffen.

Alles in allem also zwei
Verspätungen, eine, die den Anfang des Nitritpeaks verzögert,
und eine zweite Verspätung, die ihn erst entstehen lässt.
Zuerst verzögert sich die Bereitstellung von Nitrosomonas wegen
deren langer Generationszeit. Diese induziert den Aufbau eines
Ammoniumpeaks, der sein Maximum erreicht, wenn der Anstieg des
Nitritpeaks beginnt. Etwa ein bis zwei Tage sind vergangen, und Nitrit
wird meßbar. Die zweite Verspätung kommt daher, daß die
Zellzahl von Nitrobacter bislang noch gering geblieben ist, und wegen
der erst jetzt beginnenden Nitritentstehung stark verzögert folgt.
Das Nitritmaximum ist erreicht, wenn die Nitrobacter eine
Stoffwechselkapazität haben, die die tägliche Nitritproduktion
übersteigt. Die angesammelte Nitritmenge wird wieder abgebaut, und
es entsteht Nitrat, was auf der Skizze "Peaks bei beginnender
Nitrifikation" gut erkennbar ist.

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