Erklärt: der Stickstoffkreislauf im Meerwasseraquarium

Einer der wichtigsten Kreisläufe in Deinem Riffaquarium ist der Stickstoffkreislauf. Stickstoff (N₂) ist ein grundlegender Bestandteil vieler Biomoleküle und tritt beispielsweise in Proteinen und Aminosäuren auf.

Die Algen in Deinem Aquarium nutzen anorganische Stickstoffverbindungen um daraus Biomasse aufzubauen und zu wachsen. Fressen nun Fische oder andere Riffbewohner diese Algen, werden die in ihnen enthaltenen N-Verbindungen zerlegt und der überschüssige Stickstoff in Form von Ammoniak (NH₃), Ammonium (NH₄⁺), Harnstoff (CH₄N₂O) oder Harnsäure (C₅H₄N₄O₃) an die Umgebung abgegeben. Es handelt sich hier also um die vorläufigen Endprodukte bzw. Abfallstoffe, die von den Organismen nicht weiter verwertet werden können.

Bakterien beginnen nun die ausgeschiedenen Stickstoffverbindungen in anorganische Verbindungen umzuwandeln. Sie tun dies, um auf den in den organischen Verbindungen enthaltenen Kohlenstoff zugreifen zu können. Die entstehenden anorganischen Nährstoffe stehen nun wiederum Algen und Korallen zur Verfügung, wodurch der Stickstoffkreislauf weitestgehend in sich geschlossen ist.

Nitrifikation vs. Denitrifikation

Innerhalb des Stickstoffkreislaufes sind zwei von Bakterien ausgeführte Stoffwechselwege von besonderer Bedeutung für Dein Riffaquarium. Dabei handelt es sich um die Nitrifikation und die Denitrifikation.

Im Verlauf der Nitrifikation wird Ammonium (NH₄⁺) über Nitrit (NO₂^-) zu Nitrat (NO₃^-) umgesetzt. Diese Reaktion wird hauptsächlich von den beiden Bakterien Nitrosomonas und Nitrobacter unter Anwesenheit von Sauerstoff ausgeführt. Man spricht daher von einer Oxidation.

Das während der Nitrifikation gebildete Nitrat, wird im Rahmen der Denitrifikation zu molekularem Stickstoff (N₂) umgesetzt. Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine sogenannte Reduktion. Sie kann nur in Abwesenheit von Sauerstoff, also unter anoxischen Bedingungen, ablaufen.

Ammonium vs. Ammoniak

Die Umsetzung von Ammonium zu Nitrat ist deshalb von großer Bedeutung, weil Ammonium in Abhängigkeit vom vorliegenden pH-Wert in giftiges Ammoniak übergehen kann, während Nitrat ungefährlich ist.

Ammoniak ist für fast alle Organismen in Deinem Riffaquarium giftig. Die tatsächliche Konzentration des Ammoniaks lässt sich indirekt über den pH-Wert und die Ammoniumkonzentration berechnen. Die Konzentration von Ammoniak darf dabei 0,01 mg/l nicht übersteigen. Der Ammoniumgehalt sollte außerdem nicht höher als 0,1 mg/l sein.

Nitrit

Durch die Oxidation von Ammonium entsteht Nitrit. Dieses ist zwar im Meerwasser ungefährlicher als Ammoniak, wird aber dennoch als eine giftige Verbindung angesehen, deren Konzentration 1 mg/l nicht überschreiten sollte.

Dies gilt vor allem für Fische, da Nitrit das im roten Blutfarbstoff Hämoglobin enthaltene Eisen oxidiert und dadurch den Transport des lebenswichtigen Sauerstoffs (O₂) negativ beeinflusst.

Im Meerwasseraquarium sind hohe Nitritkonzentrationen jedoch unbedenklicher als im Süßwasser. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die im Meerwasser enthaltenen Chloridionen (Cl^-) mit den Nitritmolekülen an den Kiemen der Fische um die Aufnahme ins Blut konkurrieren. Da die Konzentration der Chloridionen weitaus höher ist, wird weniger Nitrit ins Blut der Fische aufgenommen.

Nitrat

Durch die Oxidation von Nitrit entsteht Nitrat. Dieses ist zwar ungefährlich für die Organismen Deines Riffaquariums, kann allerdings besonders leicht von Algen aufgenommen werden und daher unter Umständen zu ungewolltem und übermäßigen Algenwachstum führen.

Dies trifft auch für die Zooxanthellen Deiner Korallen zu. Aufgrund der erhöhten Nitratkonzentrationen beginnen sie sich schnell zu vermehren und treten mit der Koralle in direkte Konkurrenz um wichtige Stoffe und Verbindungen. Dies führt letztlich dazu, dass Deine Korallen langsamer wachsen und sich ihr Gewebe zunehmend braun färbt.

Um dem entgegenzuwirken, empfiehlt es sich das im Aquarium anfallende Nitrat zu entfernen bzw. zu reduzieren, sodass sein Wert eine Konzentration von 5 bis 10 mg/l nicht überschreitet.

Wie bereits beschrieben, kann mithilfe der sogenannten Denitrifikation unter anoxischen Bedingungen das Nitrat in molekularen Luftstickstoff umgewandelt werden. Dieser Vorgang läuft beispielsweise im Inneren Deines Lebendgesteins ab, während an der Oberfläche Nitrifikationsprozesse ablaufen.

Einflussfaktoren auf den Stickstoffkreislauf

Zunächst ist die Art und Anzahl der Bakterien für einen funktionierenden Kreislauf entscheidend. Bakterienpräparate, wie das Tropic Marin Nitribiotic, können helfen, den Stickstoffkreislauf zu beschleunigen oder zu unterstützen. Ein feinporiges Filtermaterial bietet besonders viel Siedlungsfläche und begünstigt die Ausbildung einer großen Bakterienpopulation. Daneben spielt die Sauerstoffversorgung eine große Rolle. Die Belüftung oder Umspülung von Filtermaterial oder des Bodengrunds sollte regelmäßig von Dir überprüft und ggf. angepasst werden. Weiterhin kannst Du die Bakterienaktivität erhöhen, indem Du die Bakterien fütterst. Beispiele für Bakteriennahrung sind diverse Kohlenstoffquellen, wie Ethanol (Stichwort "Wodkamethode") oder kommerzielle Produkte, wie das Tropic Marin Elimi-Phos.