Азотный цикл в аквариуме. Основа основ. Тестирование воды.

Вступление. 
Почему рыбки умирают без видимой причины? 
Почему вода мутнеет? 
Откуда появляется плохой запах из аквариума? 
Почему рыбки часто трутся о предметы в аквариуме? 

Эти, и еще добрый десяток вопросов, часто задают себе любители-аквариумисты. Или не себе, консультируясь в магазине или у более опытных товарищей, в подавляющем большинстве случаев, звучат одни и те же вопросы. Как правило, ответы тоже не блещут разнообразием. Консультант задает пару-тройку уточняющих вопросов, среди которых почти всегда есть один, на мой взгляд, самый важный - Воду тестировали? 
Почему эта “уточнялка” звучит чуть ли не чаще всего? Это просто, грамотный аквариумист знает откуда “копать”. Он всегда ищет первопричину. А химические параметры воды, выявляемые тестами, это и есть самая основа проблем. Зная эти цифровые значения, опытный человек может сказать, что могло произойти и что вызвало проблему. Цифры беспристрастны, а вот новички-аквариумисты, да и не только новички, часто не могут объективно оценить свои действия и реальное положение дел в своем аквариуме. Химические параметры аквариумной воды - базовые знания, которые помогут любому человеку определить проблему в аквариуме, найти ее причину и устранить. 
 
Азотный цикл. Что он делает, зачем он нужен? 
В этом небольшом материале я хочу коротко осветить такой вопрос как азотный цикл, являющийся основным биологическим процессом в аквариуме. Не только в аквариуме, этот цикл является одним из основополагающих круговоротов химических веществ в мире. Нарушения его ведут к самым различным последствиям в природе. Что уж говорить про такую маленькую частичку природы, как аквариум. Что же такое азотный цикл? 
Под этим понятием понимают круговорот азотистых соединений, начиная с разложения органики, до более простых веществ, таких как аммиак, нитриты, нитраты. Следующим этапом в цикле следует разложение этих веществ до еще более простых компонентов, таких как азот, кислород и водород. В таком виде эти вещества снова включаются в синтез органики, которая затем вновь разлагается. Все это безобразие происходит под воздействием огромного числа микро и макроорганизмов. И так по кругу, бесконечно, пока существует жизнь. Грубо говоря - все съедается, переваривается, снова съедается и из этого еще и параллельно образуется новая еда, которая, разумеется, снова съедается. 

На схеме изображен упрощенный азотный цикл протекающий в природе

Так в чем же может быть проблема? 
Начнем с того, что азотный цикл в условиях аквариума нарушен изначально, он в принципе не может быть полноценным. Вода в новом аквариуме, как правило “слишком чистая”. В ней нет необходимых микроорганизмов разлагающих, как первоначальную органику, так и производящих дальнейшую переработку аммиака/нитритов/нитратов.  
Тем не менее, микроорганизмы пролезут везде, и они так или иначе заселят ваш новенький аквариум. Вы принесете их с растениями, рыбками, на руках, с помощью специальных препаратов и так далее. Это только вопрос времени.  
Однако, проблемы только начинаются. Как говорилось выше, азотный цикл в аквариуме нарушен в принципе, и дело в том, что далеко не все микроорганизмы способны нормально жить в аквариуме, в частности бактерии разлагающие нитраты и нитриты работают только в анаэробной среде (при отсутствии кислорода). А вы будете создавать в вашем аквариуме зоны, где нет кислорода? Кроме того, что это достаточно сложно в небольшом объеме аквариумной системы, анаэробные процессы, неправильно запущенные и не контролируемые, крайне вредны для обитателей аквариума.  
Поэтому, азотный цикл в аквариуме прерывается на стадии нитрата и дальше не идет. Что мы получаем? В аквариуме будут копиться продукты распада органики - аммиак, нитриты и нитраты. Частично они удаляются живыми растениями, если таковые в аквариуме есть, но в любом случае этого недостаточно.  
 
Вы снова спросите, ну и что? Пусть себе копятся. 
Пусть бы и копились на самом деле, если бы не одно НО! Все эти вещества - аммиак, нитрит, нитрат, являются ядовитыми, в большей или меньшей степени.  
Что делать? Все просто - регулярные подмены воды в аквариуме вымывают накопившиеся продукты разложения.  Только, бога ради, не меняйте воду полностью. Этим вы разрушите и без того хрупкую экосистему. Процентов по 30% еженедельно, обычно, более чем достаточно. 
Проблема решена? Увы нет!  
Аквариум - искусственная система, она в отличие от природы лишена механизмов саморегуляции и любое внешнее воздействие, будь то кормление, новые обитатели, даже новые декорации, изменение температуры и еще тысячи причин могут эту систему схлопнуть и обрушить. Это факт, с которым необходимо смирится аквариумисту, проблемы будут возникать. Но, не все так плохо. Современная аквариумистика нашла множество способов эти проблемы минимизировать и устранить. Главное их вовремя предугадать и выявить.  

Что нужно контролировать? За чем следить? 
Итак, мы определили, что такая полезная штука, разлагающая продукты жизнедеятельности в аквариуме, как азотный цикл, может доставлять массу проблем, если за ней не следить. Какие же параметры необходимо отслеживать, и что может произойти если они выйдут из-под контроля? 
На схеме изображено изменнение содержания соединений азота в аквариуме с течением времени.

NH3/NH4 или аммиак/аммоний это параметр значение которого важно, прежде всего, в новом аквариуме или аквариуме с неустойчивым балансом, например после применения лекарственных препаратов.  
Аммиак - одно из трёх химических соединений азотного цикла, которые отслеживаются в аквариуме. Из всех трех (NH3, NO2, NO3) он возникает в аквариуме быстрее всего и действует на здоровье рыб максимально быстро. Токсичное действие аммиака поражает в первую очередь жабры рыб, в результате рыба погибает от нарушения дыхания. Если аммиак вовремя не выявить и не устранить, гибель может наступить в течение нескольких часов. Если аммиак находится в воде продолжительное время, даже в небольшом количестве, наступаю необратимые изменения жаберных лепестков, что существенно сокращает продолжительность жизни рыб.  
Еще более чувствительны к продуктам азотного цикла беспозвоночные, смерть которых может наступить в течение часа при достаточно большой концентрации аммиака.  
Некоторые причины появления аммиака (и нитрита) в воде  
1) В новом аквариуме из-за не сформированного азотного цикла  
2) При избыточном кормлении  
3) Гниение органики в аквариуме( мертвые растения, рыбы, посторонние органические предметы)  
4) Может содержаться в водопроводной воде. Повышение уровня аммиака регулярно наблюдается, например, в весенний период.  
  
К счастью, скачки аммиака достаточно просто "лечатся", при помощи добавлений бактериальных культур и антиаммиачных препаратов или специальных наполнителей в фильтре, главное вовремя их отследить при помощи тестов на аммиак и принять меры.  

Аммиачное поражение жаберных лепестков. Отчетливо видно покраснение из-за избытка кровеносных сосудов

Атрофия жаберных лепесков наступает через некоторое время полсле поражения аммиаком. Жабры в таком состоянии уже не способны выполнять свою функцию

  
ВАЖНО! Аммиак значительно токсичнее аммония. По сути, это одно химическое вещество в разных состояниях и обе формы содержатся в воде одновременно. Важно соотношение этих форм! Что бы узнать это соотношение необходимо знать уровень кислотности в аквариуме, который измеряется тестом PH.  

Нитрит(NO2) - второй продукт азотного цикла, образующийся из аммиака при окислении, определяется соответсвующим тестом на нитрит. В отличие от NH3, у нитрита токсичное действие проявляется не так моментально, однако ведет к не менее печальным последствиям.  
Поражает в основном кровеносную систему, из-за чего, через некоторое время, у животного наступают необратимые патологические изменения в организме. Нитрит действует на эритроциты крови, превращая гемоглобин в метгемоглобин, который уже не способен эффективно выполнять функцию переноса кислорода и рыба погибает от кислородной недостаточности. 
  
В стабильных и старых аквариумах нитрит обычно очень быстро нейтрализуется до менее токсичного нитрата, поэтому наиболее он опасен в новых аквариумах и аквариумах после перезапуска биологических циклов, например после лечения.  
  
Способы нейтрализации нитритов примерно те же средства, что и для нейтрализации аммиака, чаще всего анитаммиачные препараты и наполнители действую и на нитрит. 

Нитрат(NO3) - третий продукт незавершенного азотного цикла в аквариуме. Является наименее токсичным из всех трёх. Однако, учитывая, что он практически не перерабатывается в дальнейшие продукты из-за незавершенного цикла, он имеет тенденцию накапливаться, а в значительных объемах он уже оказывает угнетающее действие на животных в аквариуме. Особенно актуальна эта проблема с большим количеством рыбы и малым количеством живых растений, что очень часто наблюдается в так называемых малавийских цихлидниках.  
Отслеживать уровень нитрата так-же важно в аквариумах с растениями, для контроля их роста. А также для предотвращения роста водорослей.
Снижается показатель NO3 проще всего регулярными подменами части воды на свежую, но существую и химические и биологические способы.  
 
Небольшой вывод. 
Аквариумная химия гораздо сложнее и многограннее, чем описано в этой статье. В аквариуме одновременно протекают тысячи процессов, которые так или иначе влияют на качество жизни его обитателей. Однако в большинстве случаев, аквариумисту любителю достаточно знать только наиболее знаковые параметры, к которым относятся и продукты азотного цикла. Это как букварь в школе, не зная букв, невозможно научиться читать.  
Кроме азотных соединений, не менее важны и другие параметры pH, KH, GH, PO4, CO2. Но о них будут отдельные темы.