Лечение рыб в аквариуме. Часть 2. Биофильтрация⁠⁠

В первой части этой серии постов я рассказал о таком явлении, как советы по лечению рыб в интернете. Во второй части я расскажу о биофильтрации - главном процессе в аквариуме, который непосредственно влияет на здоровье рыб. Биофильтрация - это процесс превращения токсичных продуктов распада органики в безопасные для водных организмов вещества при помощи микроорганизмов.

К сожалению, вокруг этой темы в интернете множество заблуждений, устаревшей информации, спекуляций маркетологов, а порой и элементарных фантазий пропустивших школьный курс обучения "авторов аквариумных статей". Я не буду сильно углубляться в разбор всего этого пёстрого разнообразия галиматьи, а постараюсь как можно доступнее рассказать о современном научном понимании процессов, связанных с биофильтрацией, дам советы из своего опыта, а так же предостерегу аквариумиста от самых опасных заблуждений из интернета.

Для рыб и других гидробионтов (водных орагнизмов) очень важны гидрохимические параметры, то есть концентрация растворенных в воде химических соединений. И если одни вещества не оказывают острого токсического воздействия на организм большинства гидробионтов, как, например, нитраты и фосфаты, то существуют соединения, которые смертельно опасны даже в очень малых концентарциях. Аммиак (аммоний) и нитрит.

Почему рядом с аммиаком обозначен в скобочках аммоний? Да потому что это две формы одного и того же вещества. Аммиак это газ, который великолепно растворяется в воде и образует в ней катион (положительно заряженный ион) аммония. Катион аммония вступает в реакцию с окружающими его веществами и образует раличные соли и другие соединения. Количество аммиака перешедшего при растворении в воде в аммоний зависит от температуры и рН этой воды. Чем выше рН - тем больше аммиака. Во многих источниках аквариумисты могут встретить утверждение, что для гидробионтов очень опасен только свободный аммиак - ион аммония не представляет опасности. Капельные аквариумные тесты показывают общую концентрацию аммония и аммиака, не разделяя их. Для расчета концентрации токсичного аммиака предлагается воспользоваться специальной таблицей, где по результатам капельного теста и рН воды выводится искомое значение. Предлагаю всем аквариумистам сразу выбросить всё это из головы и не тратить время и ресурсы на ерунду. Аммиак и аммоний одинаково смертельно опасны для рыб, только их токсические эффекты немного отличаются. Далее по тексту я буду оперировать только понятием аммоний, так как не вижу смысла каждый раз писать его в скобках после аммиака.

Аммоний - это конечный продукт разложения белков микроорганизмами. Несъеденный корм, отмершие растения, трупы животных (рыбок, улиток, ракообразных) - всё это под действием микроорганизмов (простейших, грибков, бактерий и архей) в конце концов превращается в аммоний. Процесс превращения органических азотистых соединений (аминокислот, из которых состоят белки) в неорганические азотистые соединения (аммиак и аммоний) с помощью ферментов микроорганизмов так и называют - аммонификация. Соответственно, микроорганизмы, осуществляющие аммонификацию - аммонификаторы.

Куда при этом деваются жиры и углеводы? Под воздействием микроорганизмов в присутствии кислорода жиры и углеводы превращаются в безвредные углекислый газ и воду, поэтому они для аквариумистов не представляют важности. Ключевое словосочетание здесь "в присутствии кислорода" (аэробная среда), ведь если этот процесс будет происходить в бескислородной (анаэробной) среде, то получатся отнюдь не безобидные, а крайне токсичные сероводород и метан. Поэтому в аквариуме необходимо не допускать образования бескислородных зон: не делать очень толстый слой грунта (оптимально 5 см без растений и до 10 см с крупными растениями), не использовать очень мелкий песок (оптимальный размер частицы 3-5 мм), своевременно отсифонивать из грунта продукты жизнедеятельности водных организмов, обеспечить все уголки аквариума движением воды, позаботиться о наличии аэрации.

Помимо процессов разложения отмершей органики в аквариуме есть ещё более значительный источник аммония - обмен веществ гидробионтов. Рыбы постоянно выделяют аммоний через жабры. Поэтому даже при отсутствии гниющей органики и очень чистой на вид воды, в ней всё равно может накапливаться токсичный аммоний, особенно в новом аквариуме.

Определить концентацию аммония в воде аквариума можно специальными капельными тестами, которые продаются в зоомагазинах. Вообще, стоит сказать пару слов о тестах: если вы не профессиональный аквариумист, выращивающий кораллы, занимающийся разведением рыб или акваскейпом, то вам нужны только два самых важных теста - на аммоний и нитрит. Знать все остальные параметры любителю вовсе не обязательно. Для большинства популярных в аквариумистике рыб не существует оптимальных параметров рН, общей жесткости, карбонатной жесткости, уровня нитратов и фосфатов. Рыбы легко приспособятся к перечисленным параметрам вашей воды из водопровода. Менять химический состав водопроводной воды для содержания популярных аквариумных рыб - бесполезное и дорогостоящее занятие. Единственные организмы, кому это принесет пользу - продавцы и произовдители тестов и препаратов. Готовить воду особого химического состава приходится профессиональным аквариумистам, занимающимся разведением рыб и содержанием прихотливых растений, а так же тем, кто содержит морской аквариум. Всем остальным в этом нет никакой необходимости, чтобы вам там не говорили продавцы зоомагазинов и "знайки" из интернета.

Главное, что нужно знать про гидрохимические показатели - нельзя допускать их резких перепадов, так же как и резких температурных перепадов. Постепенно рыбы могут подстроиться под любые рН или жесткость вашей водопроводной воды. Поэтому, если вы покупаете рыб из другого региона или импортных - делайте постепенный перевод на вашу воду в течение как минимум сорока минут. Мерять параметры тестами при этом не обязательно. Просто добавляйте по чуть-чуть своей воды к той, в которой приехала рыба, пока её изначальный объём не удвоится (не забывая об аэрации). Если же вы покупаете рыбу в ближайшем зоомагазине или у разводчика из вашего города - просто плавно сравняйте температуру в транспортировочной емкости с температурой в вашем аквариуме, химические параметры воды наверняка будут совпадать.

Вернёмся к аммонию и микроорганизмам аммонификаторам, которые его производят. Как только мы зальём водой новый аквариум - никакого аммония и тем более нитрита мы тестами в нём не обнаружим. Ведь для того чтобы в аквариум заселились первые микроорганизмы необходимо время. Почему-то в большинстве материалов по аквариумистике аммонификаторам не уделяется должного внимания, а ведь именно они запускают весь процесс превращений веществ в аквариуме. Без них невозможно запустить биофильтрацию, и именно аммонификаторы являются самой разнообразной и многочисленной группой микроорганизмов в любом водоеме. Именно они вызывают белёсое помутнение воды в новом аквартуме или в старом когда в него пересыпали корма. Само по себе помутнение (бурное развитие микроорганизмов) для рыб не опасно, но при этом количество потребляемого кислорода возрастает, так что позаботтесь об аэрации. Как только аммонификаторы заселят новый аквариум и начнут свою деятельность, тесты начнут определять аммоний и его уровень будет увеличиваться с каждым днём. Но почему рыбы в большинстве аквариумов и природных водоемов не погибают от отравления накопившемся аммонием?

Потому что в игру вступают особые микроорганизмы - они умеют окислять высокотоксичный аммоний в низкотоксичный нитрат. Как правило, именно их заселением в новый аквариум наиболее сильно озабочен аквариумист, абсолютно неправильно с подачи горе-специалистов называя это "запуском азотного цикла в аквариуме". Азотный цикл - это глобальный курговорт азота на планете Земля. С таким же успехом подмену воды в аквариуме можно называть "запуском круговорота воды в природе". То, что на самом деле желает наладить в аквариуме его счастливый обладатель - биофильтрация. В биофильтрации ключевую роль играет цепь химических реакций, аналогичная одной из многочисленных частей природного азотного цикла - нитрификация.

Нитрификация - это цепь последовательных химических реакций окисления микроорганизмами аммония до нитрата. Отсюда и организмы её осуществляющие называются нитрифицирующими или нитрификаторами. Основная масса нитрификаторов ведёт прикрепленный образ жизни, и окисляет аммоний только в присутствии постоянного притока кислорода. Идеальными местами их обитания в аквариуме становятся наполнители фильтров, верхний слой грунта, стёкла аквариума, поверхность декораций и растений. Нитрифицирующие микроорганизмы бывают разные, и по-разному проводят реакции окисления аммония в нитрат. Одни окисляют аммоний в нитрит, другие нитрит в нитрат, а есть те, кто сразу окисляет аммонний в нитрат!

Окислением аммония в нитрит занимается большое количество видов бактерий и архей. Для удобства их обозначают аббревиатурами - АОБ (аммоний окисляющие бактерии) и АОА (аммоний окисляющие археи). Раньше систематики делили живые организмы на царства и относили архей к бактериям, но наиболее популярная современная система делит все живые организмы на три домена: бактерии, археи и эукариоты. Настолько археи оказалаись отличными от всех остальных, что их выделили в отдельный домен. В пресноводных аквариумах аммоний окисляющие археи не так многочисленны как бактерии, занимающиеся тем же, а в морских аквариумах всё с точностью наоборот. Так в результате первой стадии нитрификации концентрация аммония в воде падает, но зато начинает накапливаться нитрит.

Нитрит - промежуточный продукт окисления аммония микроорганизмами и не менее токсичен чем сам аммоний. У каждого вида рыб своя летальная концентрация аммония и нитрита, кто-то более устойчив, кто-то менее, но для абсолютно всех гидробинтов оптимальная концентрация этих веществ - ноль или около него. Окислением нитрита занимаются исключительно нитрит окислюящие бактерии (НОБ). Они превращают токсичный нитрит в слаботоксичный нитрат. На данный момент науке известно всего несколько родов НОБ, что по сравнению с разнообразием АОБ крайне мало. Растут НОБ медленно и более привередливы к температуре и составу воды чем АОБ. Самое интересное, что на НОБ негативно влияет высокая концентрация нитрита, замедляя их развитие. Поэтому нитрит в новом аквариуме будет накаливаться быстрее, чем НОБ его будут окислять. Следовательно, высокая концентрация нитрита продержится дольше таковой у аммония. Это один из самых опасных моментов - многие аквариумисты на запуске аквариума меряют только аммоний, и наблюдая, что его концентрация упала - сажают рыб. А там как раз пик накопления нитрита - не менее смертоносного чем аммоний. Поэтому на запуске аквариума важно сначала мониторить аммоний, а как только его концентрация начнёт падать, начинать измерять нитрит.

Совсем недавно, в 2015 году было совершено интересное открытие. Оказалось, что некоторые бактерии рода Nitrospira, которые считались окислителями нитрита в нитрат, могут окислять аммоний сразу в нитрат! Этот процесс назвали Comammox (COMplete AMMonia OXidation), то есть коммамокс - это англоязычная аббревиатура, означающая буквально "полное окисление аммония". Коммамокс бактерии с большой долей вероятности есть в каждом аквариуме, так как выяснилось, что они встречаются повсеместно. Естественно, коммамокс бактерии не играют доминирующей роли в водных системах, полностью отвечая за процесс нитрификации - они занимают лишь определенную нишу в этой структуре. Насколько обширную - ещё предстоит выяснить, но судя по неизбежному пику нитрита в каждом новом аквариуме - комаммокс бактерии либо позже вступают в процесс биофильтрации, либо принимают в нем незначительное участие.

Когда процесс нитрификации достигнет равновесия между поступающим в аквариум аммонием и количеством перерабатывающих его микроорганизмов - аммоний и нитрит перестанут определяться капельными тестами. Вода в аквариуме станет оптимальной средой для гидробионтов, наступит, как говорят аквариумисты, биологическое равновесие. Весь свободный белок в воде будет очень быстро перерабатываться в нитраты. Нитраты могут достигать в аквариуме высоких концентраций без особого вреда для гидробионтов. Безусловно, в природе встречаются рыбы, которые не переносят никакое количество нитрата в воде, так как они приспособились жить там, где нитрат никогда не накапливается. Например, ручьевая форель, она обитает в холодных горных потоках, берущих начало из тающих ледников. В этой воде нет нитратов, она очень чистая и проточная. Поэтому, если мы поместим ручьевую форель в воду с нитратами, рыба не сможет нормально развиваться, начнет болеть и в конце концов погибнет. К счастью, в аквариумах чаще всего содержат рыб не чувствительных к нитрату. Многие наши аквариумные рыбы в природе обитали в затопленных тропических лесах с гниющими на дне листьями, на рисовых полях, в небольших речушках, полных гниющих коряг и так далее. Поэтому насчет высоких нитратов сильно переживать не стоит, но и усугублять ситуацию с ними тоже не надо.

Как известно, нитраты служат питанием для растительных организмов. В аквариуме желанными гостями бывают в основном высшие растения, которые служат украшением и укрытием для рыб. Низшие растения, называемые водорослями, наоборот очень раздражают аквариумистов (это единственное их негативное влияние, для рыб они естественные соседи по водоему). Если вы не хотите постоянно чистить стелка от зеленого или коричневого налета, раздражаться от вида декораций и грунта покрытых зелеными нитками или черными волосиками - старайтесь поддерживать в аквариумной воде низкую концентрацию нитратов и фосфатов. Сделать это можно двумя способами - увеличить количество живых быстрорастущих растений, или делать ежедневные подмены воды. Лучше, конечно, и то, и другое одновременно - и растениям и рыбам будет полезно и приятно!

В подмене воды есть несколько нюансов, непосредственно относящихся к нашей теме. Во-первых, в водопроводе вполне может присутствовать аммоний, нитрит и нитрат - это допускается нормами пригодной для питья человека воды. Причем аммоний и нитрит в опасных для гидробионтов концентрациях. Тут нам опять же, очень пригодятся капельные тесты - обязательно проверяйте водопроводную воду на аммоний и нитрит, особенно весной и осенью. Порой подмена воды может стать причиной отравления рыб аммонием. Во-вторых - подмена недостаточно отстоянной водой, полной растворенных газов, соединений хлора, а так же с высокой разницей температур негативно повлияет на рыб, но они от этого не погибнут. Зато массово могут погибнуть самые привередливые бактерии, окисляющие нитрит в нитрат. И через некоторое время рыбы получат нитритное отравление, приводящее к печальным последствиям. То же самое касается крупных генеральных уборок, когда аквариумист от души сифонит грунт и потом меняет больше 50% воды. Это всегда шок для нитрифицирующих бактерий, поэтому не мойте одновременно фильтр с такой уборкой, как бы это странно ни звучало. Большинство бактерий отвечающих за биофильтрацию живет в верхнем слое грунта, остальные в фильтре, в зависимости от его размера. Лучше помойте фильтр через недельку, чтобы часть бактерий сохранила свою активность. Желательно промывать наполнители фильтра в слитой из аквариума воде, чтобы так же не поубивать полезные микроорганизмы хлорированной горячей водой.

В интернете полно баек и заблуждений по поводу запуска аквариума, особенно постарались продавцы "волшебных бутылочек с бактериями". Нет никаких четких сроков запуска аквариума - это всегда индивидуально и может занять от двух недель до трёх месяцев, в зависимости от исходных условий, температуры воды и действий аквариумиста. Например, над вашим новым аквариумом стоит горшок с цветком, и почему-то ваш аквариум очень быстро и хорошо запустился без всяких бутылочек. А всё потому, что микроорганизмы из почвы горшечного растения попали в аквариум и быстро наладили в нем все процессы. Или вы живете на берегу реки и у вас часто открыто окно. Есть большая вероятность, что к вам прилетят бактерии с водоема! Многие аммонифицирующие организмы образуют споры, которые постоянно присутствуют вокруг. Нитрифицирующие организмы не образуют спор, они могут перемещаться движением воздуха с микроскопическими капельками воды и частичками почвы. Их так же полно вокруг нас.

Добавление воды из действующего благополучного аквариума крайне положительно скажется на сроке запуска нового аквариума, то же самое касается живых растений - на их поверхности обитают все, кто нам необходим в новом аквариуме. Ещё лучше взять "грязь" из фильтра давно действующего аквариума или вообще сам наполнитель из его фильтра. Можно воспользоваться и природным водоемом, особенно тем, в котором не водится рыба и зачерпнуть со дна немножко ила. Чем выше разнообразие видов бактерий в аквариуме - тем стабильнее его баланс. Страшных и ужасных паразитов в природных водоемах не так уж много, как себе представляют люди. А в водоемах где не водится рыба - так и подавно никого опасного скорее всего не будет. Не рекомендую брать улиток из природных водоемов - они являются переносчиками многих опасных болезней. Так же не стоит селить в аквариум личинок насекомых - многие из них являются хищниками, убивающими мелких рыбок. Особенно это касается личинок стрекоз и жуков-плавунцов. Если берёте ил из водоема - удалите из него всю видимую живность. Не черпайте глубокие чёрные слои ила, нужен только поверхностный светлый.

Самое важное во всех этих способах заселения нового аквариума - не поубивать этих самых вселенцев. Для этого нужно осуществлять заселение микроорганизмов только в отстоянную воду, нагревшуюся до комнатной температуры. Лучше залить аквариум, включить фильтрацию и обогрев, подождать три дня, а потом заселять микроорганизмы и живые растения. Рыб селить только после того как перестанут определяться аммоний и нитрит!

Теперь насчет "волшебных бутылочек" и бактериальных препаратов, моментально запускающих биофильтрацию - таких препаратов не существует! Как я говорил выше, нитрифицирующие микроорганизмы не образуют спор, они распространяются только в живом виде. А это значит, что никакой сухой препарат их точно не содержит! Раньше я, как и большинство аквариумистов, наивно предполагал, что в жидких препаратах для запуска могут содержаться живые нитрифицирующие бактерии. Но согласно моим исследованиям, и исследованиям моих коллег из других стран, нитрифицирующих бактерий в составе бутылочек и ампул для запуска аквариума нет. Видимо, потому что их невозможно сохранять живыми долгое время. Причем в тех препаратах, где указывается состав (а это далеко не все) нет ни одного актуального названия водных нитрифицирующих бактерий. Так что же нам продают под видом препаратов для запуска? А те самые бактерии, которые перерабатывают белки, жиры и углеводы! То есть отвечают за самый первый этап разложения органики до воды, углекислого газа и аммония. Многие виды таких бактерий образуют споры, которые могут покоиться долгие годы. Этим свойством пользуются производители и консервируют споры бактерий для продажи аквариумистам.

Естественно, такой препарат во многих случаях поможет аквариуму запуститься немного быстрее, чем без него. Бактерии из препарата более оперативно начнут перерабатывать органику и образовывать аммоний, чем они сделали бы это самостоятельно заселяя аквариум. Только после начала аммонификации в аквариум из воздуха начнут заселяться нитрифицирующие бактерии, ведь их полно вокруг, и запустят окисление аммонния до нитрата, о котором я говорил выше. То есть бактерии из бутылочки могут ускорить запуск первого этапа - разложения органики, соответственно быстрее начнётся запуск нитрификации. Но бутылочка не принесет нам именно нитрифицирующих бактерий! Очевидно, что препараты придумали умные биологи-аквариумисты, а продавать их стали жадные и глупые маркетологи, которые либо сами не поняли, как работает препарат, либо просто решили обманывать покупателей для увеличения продаж. В любом случае, препарат ускоряет запуск, этого нельзя отрицать, но зачем обманывать людей и говорить что в препарате нитрифицирующие бактерии - мне непонятно.

Ещё один важный момент - разлагать органику может очень большое количество видов микроорганизмов, и некоторые из них условно патогенны - то есть при определенных обстоятельствах могут вызывать болезни рыб и даже людей. Таких условных патогенов в человеческом жилище предостаточно, да и на коже человека их полно - для чего же мы постоянно моем руки? И есть вероятность, что при запуске аквариума вы первым делом заселите вот таких условных патогенов, они радостно начнут перерабатывать органику и размножаться, запустят аммонификацию, а когда в аквариуме появятся рыбы, особенно ослабленные переездом - могут напасть и на них. А в препаратах из ампул и бутылочек содержатся споры специально подобранных биологами бактерий, которые не являются условными патогенами и ни при каких обстоятельствах не нападут на рыб и людей. Обычно это спорообразующая бактерия Bacillus subtilis (сенная палочка), которая присутствует во всех пробиотиках - как для человека, так и для животных. Это очень важное свойство препаратов для запуска можно было легко использовать в рекламе, но маркетологи и здесь затупили. Вопрос эффективности именно сенной палочки по отношению к микробиому человека и животных до конца не изучен, так что в аквариуме это тем более никто не изучал.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод - даже при использовании специальных препаратов или заселения микроорганизмов из действующих аквариумов для установления всех этапов биологической фильтрации необходимо время. Терпение - главный навык аквариумиста. В идеале необходимо мониторить аммоний и нитрит тестами, и только после того как токсичные вещества сойдут на ноль - селить рыб.

Если же у вас форсмажорные обстоятельства, и приходится сажать рыб сразу после того, как вода отстоялась, то у вас два варианта. Первый - использовать специальные препараты для связывания аммония. Я много лет использую "Stop Ammo" от "Prodibio". Это дейстивтельно работающий препарат, без уловок хитрых маркетологов. Стоп аммо химически связывает аммоний в безопасную для рыб форму, капельные тесты всё так же будут показывать текущую концентрацию аммония, но для рыб не будет никакого вреда. Нитрифицирующие бактерии так же смогут окислять аммоний в этой связанной форме, и биофильтрация будет запускаться обычным путем.

Второй вариант форсмажорного запуска - как можно частые подмены воды. Да, многие ещё держат в голове распространенное заблуждение, что во время запуска аквариума нельзя менять воду, но это полный бред. Меняя воду мы снижаем концентрацию токсичных веществ и при этом не трогаем нитрифицирующих бактерий - они, как я уже говорил, живут в прикрепленном состоянии на твердых поверхностях. Естественно, подменами не снизить концентрацию аммония до ноля, и не обезопасить рыб полностью, но всё-таки это очень сильно рыбам поможет. Так же подмены помогут лучше развиваться нитрифицирующим бактериям - высокие концентрации аммония и нитрита угнетают их рост, а не ускоряют, как я уже говорил выше. В стабильно низкой концентрации аммония и нитрита бактерии будут лучше размножаться, а значит это ускорит запуск биофильтрации. Главное - предварительно проверить свою водопроводную воду на аммоний и нитрит! На всякий случай упомяну: активированный уголь не поглощает аммоний, нитрит и нитрат, только соединения хлора и тяжелых металлов.

Даже после установления биологического равновесия в новом аквариуме не следует заселять сразу много рыб. Так как системе необходимо постоянно подстраиваться к возрастающей концентрации аммония и нитрита. Поэтому после запуска биофильтрации начинайте заселение с пары самых неприхотливых рыб, подождите недельку, а затем добавляйте следующих. Воспитывайте терпение в себе и своих детях, тогда аквариум не покажется вам сложным хобби, а рыбки будут здоровыми и красивыми, и долгое время будут радовать вас своим великолепием.