Ciclo do Nitrogênio

CICLO DO NITROGÊNIO NO AQUÁRIO – TRANSFORMANDO RESÍDUOS ALIMENTARES E DEJETOS DOS PEIXES

Em aquários, o ciclo no nitrogênio tende a ser incompleto, devido à ausência da fase anaeróbia, que não ocorre na maioria das mídias biológicas (cerâmica, vidro, bio-balls etc...) Por esta razão, os aquaristas devem realizar trocas parciais regulares nos seus aquários e assim manter o nível de nitratos em um nível aceitável.
Existem no mercado mídias biológicas que oferecem a possibilidade de colonização em regime de microaérofilia em seu núcleo (Siporax, Matrix, JBL Mini etc...), oferecendo assim ao aquarista a possibilidade limitada “fechar” o ciclo do nitrogênio. Contudo é imprescindível que as TPA sejam realizadas com regularidade, pois a manutenção de colônias anaeróbicas viáveis é tarefa difícil até,mesmo para os mais experientes.

Quando alimentamos nossos peixes com rações ou qualquer outro tipo de alimento, colocamos no aquário uma grande quantidade de matéria orgânica que necessariamente irá se dissolver na água, seja por sobras não consumidas ou através dos dejetos dos peixes. Esta matéria orgânica precisa ser “reciclada” transformando-se em nutrientes para as plantas, como também em outras substancias que devem ser retiradas através das TPA’s.

INTRODUÇÃO

Ciclo do nitrogênio ou ciclo do azoto, é o processo de transformação que faz com que este composto se transforme (Amônia, nitrito, nitrato) e circule através das plantas e substrato do aquário, pela ação de organismos vivos (bactérias). O ciclo do nitrogênio é um dos ciclos mais importantes nos ecossistemas terrestres e aquáticos.
O nitrogênio é usado pelos seres vivos para a produção de moléculas complexas necessárias ao seu desenvolvimento tais como aminoácidos, proteínas e ácidos nucleicos.
O principal repositório de nitrogênio é a atmosfera (78% desta é composta por nitrogênio) onde se encontra sob a forma de gás (N2).
Outros repositórios consistem em matéria orgânica (fezes dos peixes e sobras de alimentação). Apesar de extremamente abundante na atmosfera o nitrogênio é frequentemente o nutriente limitante (fator limitante) do crescimento das plantas.
Isto acontece porque as plantas apenas conseguem usar o nitrogênio sob três formas sólidas: íon de amônio (NH4+), íon de nitrito (NO2-) e íon de nitrato (NO3-), cuja existência não é tão abundante. Estes compostos são obtidos através de vários processos tais como a fixação e nitrificação.
A maioria das plantas obtém o nitrogênio necessário ao seu crescimento através do nitrato, uma vez que o íon de amônio é tóxico em grandes concentrações.
Os animais aquáticos de nosso aquário, obtém o nitrogênio consumindo plantas e matéria orgânica, bem como outros animais (vivos ou mortos) e rações industrializadas.

Nitrificação é o nome do processo químico-biológico que tem como resultado final de formação de nitrito pela ação conjunta de bactérias quimiossintetizantes nitrificantes. Este processo se inicia pela ação de conversão da amônia.

FASES:

Fixação: Processo através do qual o nitrogênio é capturado da atmosfera em estado gasoso (N2) e convertido em formas úteis para outros processos biogeoquímicos, tais como amoníaco (NH3),nitrato (NO3-) e nitrito (NO2-).

Fixação Biológica Certas espécies de bactérias capturam moléculas de nitrogênio (N2) da atmosfera e o transforma em componentes úteis para os restantes seres vivos. Entre estas, existem bactérias que estabelecem uma relação de simbiose com algumas espécies de plantas(não ocorre nos aquários) e bactérias que vivem livres no substrato do aquário.
Fixação Atmosférica (não ocorre no aquário)
A fixação atmosférica ocorre através dos relâmpagos, cuja elevada energia separa as moléculas de nitrogênio e permite que os seus átomos se liguem com moléculas de oxigénio existentes no ar formando monóxido de nitrogênio (NO). Este é posteriormente dissolvido na água da chuva e depositado no solo.

OBS: Existem pesquisadores por todo o mundo que simulam os fenômenos atmosféricos em ambiente controlado, com o objetivo de pesquisa para o desenvolvimento do “o aquário perfeito”.

*Fixação Industrial*(sem relevância no aquarismo)

Mineralização: Através da mineralização (decomposição) a matéria orgânica morta (plantas, peixes, resto de ração) é transformada no íon de amônio (NH4+) por intermédio de bactérias aeróbicas, anaeróbicas e alguns fungos.

Nitrosação: a maior parte da amônia não é absorvida pelas plantas, sendo oxidada em nitrito pelas bactérias nitrosas, que pertencem ao gêneros:
Nitrossomonas, Nitrosococus e Nitrosolobus,
utilizando a energia liberada nessa oxidação para produzir compostos orgânicos.

A reação pode ser expressa da seguinte forma:

(amônia) (nitrito)
2NH3 + 3O2 → 2H+ + 2NO-2 + 2H2O + energia

Nitratação: os nitritos formados pelas bactérias nitrosas são liberados e oxidados por outras bactérias quimiossintetizantes chamadas nítricas do gênero Nitrobacter.

Nessa reação formam-se os nitratos, absorvidos e utilizados pelas plantas na fabricação de suas proteínas e de seus ácidos nucléicos.

(nitrito) (nitrato)
2NO-2 + O2 → 2NO-3 + energia

Esses elementos químicos são repassados aos demais organismos por meio das relações ecológicas mantidas através da cadeia alimentar, de acordo com os níveis tróficos.

Desnitrificação: É o fenômeno de transformação de nitratos e outras substâncias em gás nitrogênio pela ação de bactérias desnitrificantes (N2) liberado na Atmosfera pelo movimento da água. Além das bactérias de nitrificação existem outros tipos como as Pseudomonas denitrificans, e fungos do tipo Aspergillus.
Na ausência de oxigênio, essas bactérias usam o nitrato para oxidar compostos orgânicos (respiração anaeróbia).

Por esse processo, uma parte dos nitratos é remetida novamente à coluna d’agua na forma de gás nitrogênio, fechando assim o ciclo e equilibrando a taxa de nitrato na água.

A desnitrificação pode ser representada pela reação:

(glicose) (gás nitrogênio)
5C6H12O6 + 24NO-3 + 24H+ → 30CO2 + 42H2O + 12N2 + energia

Assimilação: Os nitratos formados pelo processo de nitrificação são absorvidos pelas plantas e transformados em compostos carbonados para produzir aminoácidos e outros compostos orgânicos de nitrogênio.
A assimilação do nitrogênio em compostos orgânicos ocorre em grande parte nas células jovens em crescimento e nas das raízes.

Eutrofização: A eutrofização corresponde a alterações de um corpo de água como resultado de adição de nitrogênio ou fósforo.
Os compostos existentes no solo são transportados através dos cursos de água, aumentando a concentração nos depósitos de água, o que pode fazer com que estes sejam sobre-populados por certas espécies de algas podendo ser nocivo para o ecossistema envolvente.

Obs: em aquários observamos quando a concentração de nutrientes na coluna de água aumenta muito. “água Verde”

REPOSITÓRIOS DE NITROGÊNIO

Os principais repositórios são a atmosfera, plantas, animais, substratos férteis (aquários) solos e os oceanos.

OBS: As bactérias pertencentes ao ciclo do nitrogênio são autótrofas, ou seja, utilizam o CO2 como fonte de carbono ou, ainda, quimiossintetizantes, pois oxidam compostos inorgânicos para a obtenção de energia caracterizando-se por serem bactérias de crescimento muito lento (fastidiosas), o que obviamente traz consequências no que se refere às velocidades de transformação da amônia que se verifica no aquário, e acarretando “morte” do filtro em casos de descuido por parte do aquarista.
Normalmente quando “ciclamos” um aquário da maneira convencional, sem adição de aceleradores biológicos as colônias de bactérias que se formam são mais susceptíveis as mudanças de parâmetros físico / químicos do aquário. Existem produtos que tem como objetivo a aceleração do ciclo do nitrogênio, são fabricados com “cepas” mais puras e por isto obtemos maiores e mais rápidos resultados.
Devemos sempre que possível utilizar mídias que possibilitem uma zona





Ciclo Biogeoquímico do Carbono no aquário

Toda vida do planeta terra é baseada no carbono, que está disponível em diversas formas e estados.
Sua concentração na atmosfera é baixa 0,03%.
Em aquários plantados são necessárias concentrações em torno de 30 ppm, esta concentração só é obtida através da injeção de gás carbônico (CO2), por meio de cilindros pressurizados, preparações caseiras ou carbono líquido.
Sua Importância para o aquapaisagismo é fundamental, pois sem sua adição não conseguiremos o desenvolvimento desejado.
A flora presente no aquário necessita de CO2 para realizar a fotossíntese, juntamente com os macronutrientes (N, P, K, O, H, Na, Mg, Cl, Ca) e os micronutrientes (Fe, Si, V, Cr, Mn, F, Ce, Cu, Zn, Se, Mo, Sn, Al, B, Co, Cr) para gerar seu alimento e oxigênio durante o fotoperíodo.
Após o fotoperíodo a flora consome oxigênio e libera gás carbônico.

Ecossistemas Aquáticos, aquários e os compostos de Carbono:

O gás carbônico dissolvido em água sofre reações, gerando um equilíbrio dinâmico entre ácido carbônico (H2CO3), carbonatos (CO32-) e bicarbonatos (HCO3-).
- CO2 + H2O → H2CO3 formação do ácido carbônico diminuindo seu PH
- H2CO3 → H+ HCO3- dissociação do ácido carbônico em íon bicarbonato
- HCO3- → 2H+ + CO32- dissociação do íon bicarbonato em íon carbonato que será absorvido pelas plantas no processo da fotossíntese.
A forma predominante no aquário dependerá do PH, temperatura, movimentação da água e das respectivas constantes de equilíbrio das reações.
Exemplo:
-15 graus Celsius e PH abaixo de 5,0, prevalece o CO2 dissolvido em água;
-15 graus Celsius e PH acima de 10,5 prevalece o carbonato CO32-;
-15 graus Celsius e PH próximo a 8,0 praticamente só existe bicarbonato HCO3-.

Removido da coluna d’água pela fotossíntese durante o fotoperíodo, o carbono incorpora se aos seres vivos(peixes e plantas) na forma de carboidratos (açúcares), proteínas, lipídeos, variando a sua concentração e podendo alterar os parâmetros de seu aquário como KH e PH.

- Fotossíntese convencional:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
-Fotossíntese Carbonatada (descalcificação biogênica):
6CO32-+6H2O→C6H12O6+9O2 produz mais oxigênio, mas aumenta o PH.

Da mesma maneira, as bactérias que realizam quimiossíntese fabricam suas substancias orgânicas a partir do gás carbônico e seus carbonatos.
Em aquários marinhos o gás carbônico é utilizado em reatores de cálcio para aumentar a reserva alcalina.

Fontes de Carbono no aquário:
- Introdução artificial via injeção de gás carbônico no aquário;
- Adição de carbono líquido;
- Naturalmente via morte e decomposição de fauna e flora ou pela respiração da flora fora do fotoperíodo (luzes do aquário apagadas), e respiraçao da fauna.

Respiração da flora fora do fotoperíodo

- Respiração convencional:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

- Respiração carbonatada (descalcificação biogênica):
C6H12O6 + 9O2 → 6CO32- + 6H2O consome mais oxigênio e abaixa o PH

O equilíbrio do gás carbônico no aquário é dinâmico e instável, a necessidade desse gás é primordial para a fotossíntese, mas o entendimento deste ciclo juntamente com os ciclos de macro e micronutrientes é essencial ao bom desenvolvimento da flora e a saúde da fauna.
Deve se levar em conta o fator iluminação do fotoperíodo, que determina a quantidade de gás carbônico consumido e por consequência a quantidade a ser injetada no aquário.

Ciclo Biogeoquímico do Enxofre e aquarismo

O enxofre apresenta um ciclo que passa entre a dissolução gasosa, na constituição do material usado como substrato, rochas artificiais ou naturais, e introdução artificial desse elemento em nossos aquários seja por TPA ou adição de suplementos necessários ao aquário marinho ou doce.
É um ciclo complexo que depende de inúmeros fatores presentes nos ciclos do nitrogênio e do fósforo, interferindo diretamente no teor de ferro disponível na coluna d’água, na eficiência dos removedores de fosfatos e no PH do aquário.

O aquário e os Sulfatos O aquário não necessita tanto de enxofre tal como do nitrogênio e fósforo, mas interfere diretamente quando se forma sulfeto de ferro nos sedimentos, ou quando o fósforo é convertido da forma insolúvel para a forma solúvel, voltando assim à coluna d’água.

A formação do sulfeto de ferro (pirita) ocorre no aquário de forma mineral sedimentar, associado à matéria orgânica (compostos nitrogenados e fosfatados).
O ciclo do enxofre causa a liberação de fosfatos (“presos” nos removedores) aumentando seus níveis na coluna d’água e a precipitação do ferro livre causando a diminuição de sua concentração na coluna d’água.

Fontes de Enxofre no aquário:

O enxofre é introduzido no aquário pela alimentação, substratos, rochas, trocas parciais, aditivos como fertilizantes sulfatados e também sofrem transformações:
- As algas marinhas vermelhas (principalmente as Polysiphonia fastigiata) emitem dimetilsulfeto (CH3SCH3) no aquário.

-Algumas espécies de plantas liberam sulfeto de carbonila (COS)
-A atividade bacteriana libera o sulfeto de hidrogênio (H2S)
-Os íons hidroxila (OH-) provenientes do ciclo do nitrogênio (amonificação) produzem o dissulfeto de carbono e posteriormente o sulfeto de carbonila chegando a produzir em casos mais graves ácido sulfúrico, abaixando assim o ph do aquário.

Envolvimento biológico Os sedimentos de enxofre no aquário (presentes em rochas, substratos) sofrem oxidação ou redução por microorganismos, resultando em sulfatos agora biodisponível para uso dos peixes e plantas, em sua forma mais oxidada e livre, ou seja, os sulfatos; contribuindo assim na constituição das proteínas.
O dióxido de enxofre quando adicionados ao aquário por suplementos que contenha enxofre, seus níveis podem aumentar causando problemas com o PH. O aumento desses óxidos de enxofre levam a formação de ácidos sulfatados diminuindo assim o ph do sistema, principalmente quando o ciclo do nitrogênio
está abalado.

OBS:

O enxofre altera a eficiência dos removedores de fosfatos, portanto não use suplementos que contenham sulfatos quando usar de removedores de fosfatos.
O enxofre diminui a quantidade de ferro disponível na coluna d’água.
O enxofre contribui para a diminuição do Ph aumentando a quantidade de ácidos inorgânicos no aquário.

Importante: ciclo da nitrogênio em ordem igual a ciclo do enxofre sob controle.


CICLO BIOGEOQUÍMICO DO FÓSFORO E AQUARISMO

O fósforo controla muitos aspectos do funcionamento biológico dos aquários. O fósforo compõe o material genético (DNA, ATP, e todos os fosfolipídios de membrana) é condição fundamental para manutenção da vida em qualquer aquário, sendo um dos fatores limitantes ao desenvolvimento de seu peixes e plantas.
O ciclo do fósforo não produz substancias voláteis em quantidades relevantes, portanto tente a acumular e seu excesso deve ser removido através das TPA.

Em aquários encontramos o fósforo sobre a forma de fosfato (PO43-), tanto em excesso como sua falta pode e vai gerar problemas ao aquário.

Os aquários e os Fosfatos

Ao contrário do Nitrogênio, o fosfato no aquário não vem de atividade microbiana, e sim de substratos de qualidade duvidosa, minerais como a apatita que libera cálcio em aquário marinhos, também libera grandes quantidades de fosfatos.
São oriundos também da alimentação e da fertilização do aquário, a própria fixação do nitrogênio libera quantidades significativas de fosfatos na coluna d’água.
Os removedores de fosfato nem sempre conseguem uma boa eficácia pois o fosfato na sua forma orgânica raramente se fixa formando sedimentos, e quando ocorre sedimentação reações químicas o liberam e rapidamente é devolvido à coluna d’água.
O fosfato em aquários de águas ácidas é elemento muito mais disponível do que em águas alcalinas, pois em Ph mais elevado ocorre melhor aglutinação das partículas de fosfato fazendo com que elas precipitem ao fundo do aquário em sua forma mineralizada, pouco solúvel, diminuindo assim sua concentração na coluna d’água.

Fontes de Fósforo no aquário:

-Alimentos ricos em fósforo é fator primordial na concentração desse elemento no aquário, utilize rações de boa qualidade e de marcas variadas.

O fosfato tem sua solubilidade e adsorção variável em função do PH da água. No ciclo do nitrogênio a decomposição da matéria orgânica nitrogenada feita pelas bactérias nitrificantes e denitrificantes, libera grande quantidade de fosfato para a coluna d’água.

O fósforo em aquários plantados é um grande fator limitante ao desenvolvimento da flora, mas em excesso é um grande causador de problemas como algas.
O ciclo do fósforo não tem envolvimento direto de bactérias em seu ciclo, como no ciclo do nitrogênio, que depende de uma série de bactérias para que se complete, mas que de certa forma da inicio ao ciclo do fósforo em seu aquário.

O fósforo é um elemento químico que participa estruturalmente de moléculas fundamentais do metabolismo celular, como fosfolipídios, coenzimas e ácidos nucleicos em sua fauna.

O excesso de fósforo e de nitrogênio combinados em um ambiente aquático pode causar um aumento da população bacteriana e de algas fotossintéticas resultando na eutrofização(explosão de algas) no aquário.

OBS:
- Utilize rações de qualidade e com moderação;
- Use substratos de boa qualidade e procedência;
- Caso deseje usar elementos que removam o fosfato da coluna d’água, use, mas saiba que não são tão eficientes quanto prometem;
- Mantenha o ciclo do Nitrogênio estável e terá o ciclo do fósforo sobre controle;




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Leovan Dielle
Responsável Técnico – AquárioTop
“SEU PEIXE COMO NA NATUREZA”