Die Stickstoffverbindungen

Ammoniak (NH₃) und Ammonium (NH₄⁺)

Ammoniak ist ein Abfallstoff der Nahrungsverwertung, besonders der Proteine (Eiweisse), den Säugetiere überwiegend durch die Nieren und Fische über die Kiemen "entsorgen". Auch durch den chemischen Abbau von im Aquarium liegengebliebenem Futter entsteht Ammoniak. Es löst sich im Wasser und sammelt sich im Bodengrund.

Ammoniak ist die erste Stufe im Stickstoffkreislauf und hochgiftig für Fische (ab 0,2 mg Ammoniak/l), es greift Kiemen und Leber an - und muss daher irgendwie wieder aus dem Wasser raus.
Dazu muss man wissen, dass der Gehalt an Ammoniak im Wasser von dem pH-Wert, also dem Säure/Base-Verhältnis abhängt.
Ist das Wasser sauer (< pH 6), erfolgt eine direkte Umwandlung von Ammoniak auf chemischem Wege in ungiftiges Ammonium, welches von den Pflanzen und auch von den Filterbakterien verwertet bzw. oxidiert wird.

Problematisch in Bezug auf Ammoniak sind hohe pH-Werte. Hier kann Ammoniak nicht in Ammonium umgewandelt werden, mehr noch, vorhandenes unschädliches Ammonium wird bei einer Erhöhung des pH-Wertes wieder in giftiges Ammoniak umgesetzt.

Hier wird wieder deutlich, wie wichtig es ist, den genauen pH-Wert zu kennen, damit bei einem mit einem Wasserwechsel einhergehenden evtl. erhöhten Wert die Fische nicht plötzlich vergiftet werden.

Bei einem pH-Wert von etwa 9 liegen Ammoniak und Ammonium jeweils zu gleichen Teilen vor. Je niedriger der pH-Wert ist, desto weniger Ammoniak befindet sich im Wasser. Dies sollte in den meisten Aquarien der Fall sein, so dass es unter normalen Umständen zu keinen Problemen mit diesen Stoffen kommen wird. Kommen allerdings mehrer Faktoren wie z.B. eine übermäßige Fütterung, Vernichtung der Filterbakterien (z.B. Einsatz v. Antibiotika) plus hoher pH-Wert infolge von Wasserwechsel zusammen, sollten die Werte sehr genau kontrolliert werden.

Der Grenzwert für Trinkwasser liegt bei 0,5 mg Ammoniak/Ammonium pro Liter. Analysetechnisch lassen sich Ammoniak und Ammonium nicht trennen, weshalb ausschließlich Titriertests für Ammonium im Handel sind.

Nitrit (NO₂)

Nitrit entsteht durch die ammoniumoxidierenden Bakterien, vorrangig der Gattungen "Nitrosomonas" und "Nitrosoccocus", die die im Wasser befindliche, nicht von den Pflanzen aufgenommene Menge an Ammonium in Nitrit umsetzt.
Dies geschieht zumeist im Filter. Dies erklärt auch den sogenannten "Nitritpeak" (s.a. Nitritpeak von Dr. Ralf Rombach) bei neu eingerichteten Becken, weil sich hier noch nicht genügend Bakterien im Filter angesiedelt haben, um einen effektiven Nitritabbau zu gewährleisten.
Aus diesem Grund sollen Fische auch erst nach Abklingen der anfänglichen Nitritkonzentration eingesetzt werden. Außerdem werden die oberen Kiesschichten sowie Einrichtungsgegenstände mirt der Zeit von Bakterien besiedelt, die zum Nitritabbau beitragen.
Eine Erhöhung des Nitritwertes durch den Einsatz von UV-Klärern wurde hier bereits erklärt.

Steigt der Nitritgehalt über 0,1 mg/l (= Grenzwert f. Trinkwasser), sollten erste Schritte zur Absenkung (Wasserwechsel) eingeleitet werden. Ab 0,3 mg/l wirkt Nitrit auf die Fische toxisch. Permanent hohe Nitritwerte sollten Anlass dazu geben, nach den Ursachen hierfür zu forschen. Meist liegt ein Problem bei der biochemischen Filterung vor. Nitrit blockiert mit zunehmender Menge die Aufnahme von Sauerstoff, so dass die Fische trotz ausreichendem Sauerstoffgehalt ersticken können (s.a. Beitrag 1 und Beitrag 2 von Lars Dettmann).

Nitrat (NO₃)

Das Endprodukt des Stickstoffabbaus ist Nitrat und wird von den Filterbakterien vornehmlich der Gattungen "Nitrospira" und "Nitrococcus" durch Veratmung von Nitrit unter Sauerstoffzehrung erzeugt.
Es ist somit erforderlich, dafür Sorge zu tragen, dass der Sauerstoffgehalt nicht zu weit absinkt, damit einerseits die sauerstoffliebenden (aeroben) Bakterien im Filter ihre Arbeit tun können und andererseits durch diese Arbeit ein zu niedriger Sauerstoffgehalt nicht weiter absinkt und die Fische Schaden nehmen.

Bis vor wenigen Jahren war man landläufig der Annahme, dass die Nitratation überwiegend durch "Nitrobacter" erfolgt. Mehrere Studien Ende der 90er Jahre haben dies jedoch widerlegt, das betreffende Bakterium konnte in Aquarien nicht nachgewiesen werden! Demnach erfolgt die Hauptarbeit wohl eher durch die Gattung "Nitrospira" (siehe auch Prof. G. Antranikian, TU Hamburg-Harburg, "Angewandte Mikrobiologie", Springer Verlag 2006, Seite 497).
Der Grund liegt offenbar darin, dass Nitrospira an niedrige Nitrit-Konzentrationen angepasst ist, Nitrobacter hingegen nur bei relativ hohen Nitrit-Konzentrationen erfolgreich konkurrieren kann (Schramm et al., 1999 / Purkhold, 2002). Da hohe Nitritwerte im eingefahrenen Aquarium kaum vorkommen, glänzt Nitrobacter dort wohl eher durch Abwesenheit.
Nitrobacter - eine weitere Legende in der Aquaristik, die es sukzessive auszumerzen gilt ;)

Das Nitrat wird teilweise von Pflanzen aufgenommen (Umwandlung in Ammonium), der größte Teil allerdings reichert sich im Wasser an. Nitrat ist nahezu unschädlich, Werte bis 50 mg/l (=Grenzwert f. Trinkwasser) gelten als unproblematisch für die Fische. Einige Pflanzen zeigen allerdings bereits bei Werten >10 mg/l Anzeichen einer Schädigung. Sollte also die eine oder andere Pflanze nicht wachsen, kann es u.U. am zu hohen Nitratwert liegen.

In "normalen" Aquarium wird ein Wert >50 mg/l selten erreicht, wenn das Becken gut bepflanzt ist und ein regelmäßiger Wasserwechsel stattfindet.

Hinweis:
Nitrat kann sich unter Sauerstoffabschluss (anaerobe Zonen im Aquarium!) auf chemischem Wege wieder in das schädliche Nitrit reduzieren. Dies kann u.U. auch im Verdauungstrakt der Fische geschehen, wenn zuviel Nitrat aufgenommen wurde.
Desweiteren sind im Aquarium in den anaeroben Zonen heterotrophe (= sich von organischen Stoffen ernährende) Bakterien am Werk, die Harnstoffe, Kot und weiteren Detritus zersetzen und dabei den Sauerstoff aus dem Nitrat veratmen und Nitrit, Sulfate, Phosphate, Ammoniak und Stickstoff (N2)erzeugen (Dissimilation)!

Hier wird wieder klar, welch komplexe Vorgänge sich in einem noch so kleinen Aquarium abspielen, die es zu beobachten gilt.

In vielen natürlichen Gewässern ist Nitrat nicht nachweisbar, was zu dem Schluss führt, das bereits die Vorstufen nicht oder nur in geringem Maße vorhanden waren. Da dies in einem relativ begrenzten Habitat wie einem Aquarium kaum realisierbar ist, muss der Aquarianer die Stickstoffwerte Nitrit und Nitrat regelmäßig kontrollieren, sowie die angereicherten Schadstoffe durch Wasserwechsel aus dem Becken entfernen.

Nitratfilter wären zwar auch eine Möglichkeit, aber Bakterienfilter arbeiten hier ineffektiv, weil sie erst ab relativ hohen Nitratwerten zufriedenstellend arbeiten, was aber den Grundansatz, möglichst wenige Schadstoffe im Aquarium zu belassen, ad absurdum führt.
Schwefelfilter arbeiten auf chemischem Wege und erzeugen teilweise doch recht unangenehme Gerüche, was im Wohnzimmer sicherlich nicht immer erwünscht ist ;)

Ebenso entfernt eine Umkehrosmoseanlage im Leitungswasser vorhandenes Nitrat (neben vielen anderen Stoffen und Mineralsalzen), falls das Ursprungswasser bereits hoch belastet sein sollte. Dies ist oft bei eigenem Brunnenwasser der Fall.

Abschließend wäre die Nutzung von pflanzlichen Verbrauchern eine Lösung, die eigentlich nichts mit Aquarien zu tun haben. So nehmen z.B. die Luftwurzeln von Philodendren, Monstera und Efeutute große Mengen Nitrat auf, wenn diese Kontakt zum Aquariumwasser haben oder sogar direkt in diesem wachsen.
Gute Erfahrungen wurden hier mit Efeutute (Epipremnum pinnatum, ein Kletterstrauch von den Salomoninseln vor Neu-Guinea) gemacht, die als Hydrokultur in einem geeigneten, wasserdurchlässigen Behältnis an der Seiten- oder Rückwand ins Becken gehängt wurde.

(ib)