De stikstofkringloop

Wie een aquarium start, hoort het al snel: ‘laat je bak eerst inlopen’. Achter dat advies zit de stikstofkringloop: een onzichtbaar proces waarbij bacteriën de giftige afvalstoffen van je vissen omzetten in veel minder schadelijke stoffen. Begrijp je hoe die kringloop werkt, dan begrijp je meteen waarom vissen in een nieuwe bak zo vaak ziek worden, waarom je je filter nooit onder de kraan spoelt en waarom waterverversen onmisbaar is.

Waar het begint: ammoniak

Vissen scheiden hun afvalstoffen grotendeels uit als ammoniak (NH₃), vooral via hun kieuwen. Daarnaast ontstaat ammoniak wanneer voerresten, uitwerpselen, afgestorven plantendelen of een dode vis worden afgebroken. In de natuur verdunt die ammoniak in een enorm watervolume; in een aquarium hoopt ze zich op.

Ammoniak is al in kleine hoeveelheden giftig: ze beschadigt kieuwen en huid en verstoort de ademhaling. In water bestaat ze in evenwicht met het veel minder giftige ammonium (NH₄⁺). Hoe hoger de pH en de temperatuur, hoe meer er in de giftige vorm aanwezig is. Bij 25 °C is dat ongeveer 0,5 % bij pH 7, maar ruim 5 % bij pH 8. Dezelfde testwaarde is in een Malawi- of zeewateraquarium dus tien keer zo gevaarlijk als in een zacht, zuur discusaquarium.

Stap 1: van ammoniak naar nitriet

Gelukkig zijn er micro-organismen die van ammoniak leven. Nitrificerende bacteriën zoals Nitrosomonas, samen met ammoniak-oxiderende archaea, halen hun energie uit het omzetten van ammoniak naar nitriet (NO₂⁻). Daarvoor hebben ze zuurstof nodig.

Nitriet is echter nog steeds giftig. Het wordt via de kieuwen opgenomen en zet het hemoglobine in het bloed om in methemoglobine, dat geen zuurstof meer kan vervoeren. Vissen hangen dan hijgend aan het oppervlak, ook al zit er genoeg zuurstof in het water. Nitriet wordt langs dezelfde weg opgenomen als chloride; bij zoetwatervissen remt een kleine dosis zout (chloride) die opname daarom gedeeltelijk. Dat is een noodmaatregel, geen oplossing.

Stap 2: van nitriet naar nitraat

Een tweede groep bacteriën zet nitriet om in nitraat (NO₃⁻). Lang werd Nitrobacter als de belangrijkste speler gezien, maar onderzoek toont dat in aquariumfilters vooral Nitrospira dit werk doet. Sommige Nitrospira-soorten kunnen zelfs beide stappen in hun eentje uitvoeren.

Nitraat is veel minder giftig dan ammoniak en nitriet, maar niet onschuldig. Een hoge concentratie verzwakt de weerstand van vissen, remt de groei van jonge dieren, voedt algen en is schadelijk voor koralen en veel ongewervelden. Richtwaarden:

• Gezelschaps- en Malawiaquaria: onder 25 mg/l, liefst lager
• Discus en andere gevoelige soorten: onder 10 tot 20 mg/l
• Rifaquaria: onder 10 mg/l voor zachte koralen; harde koralen (SPS) doen het vaak het best bij 1 tot 5 mg/l, maar niet op nul

Nitraat verwijderen

In de meeste aquaria stopt de omzetting bij nitraat. Het blijft zich ophopen tot jij het verwijdert:

• Waterverversen is de eenvoudigste en belangrijkste methode: wie wekelijks 20 tot 30 procent ververst, houdt het nitraat laag.
• Planten en algen nemen stikstof op als voedingsstof; snelgroeiende planten en drijfplanten zijn daarin het sterkst.
• Denitrificatie: op zuurstofarme plekken – diep in levend steen, een dikke zandbodem of een speciaal denitrificatiefilter – zetten andere bacteriën nitraat om in stikstofgas, dat uit het water ontsnapt. Zo sluit de kringloop; dit speelt vooral in zeewateraquaria een rol.

Waar leven die bacteriën?

Niet in het water, maar als een dun laagje (biofilm) op elk oppervlak: filtermateriaal, bodemgrond, stenen, decoratie en plantenbladeren. Het filter is de belangrijkste plek, omdat daar voortdurend zuurstofrijk water met afvalstoffen langs de bacteriën stroomt. Daaruit volgen een paar praktische regels:

• Spoel filtermateriaal nooit onder de kraan: chloor en chlooramine in leidingwater doden de bacteriën. Spoel het uit in een emmer aquariumwater dat je toch ververst.
• Vervang nooit al het filtermateriaal tegelijk, maar in stappen, verspreid over enkele weken.
• Zet het filter nooit langer dan een paar uur uit. Zonder zuurstofrijke stroming sterven de bacteriën af, en bij opnieuw aanzetten spoelt het rottende materiaal het aquarium in.
• Wees voorzichtig met medicijnen, vooral antibiotica: die kunnen ook de filterbacteriën doden.

Een nieuw aquarium laten inlopen

In een nieuwe bak ontbreken de bacteriën nog. Ze vermeerderen zich traag: zelfs onder gunstige omstandigheden verdubbelt hun aantal pas na ongeveer een dag. Het inlopen duurt daardoor meestal 4 tot 6 weken en verloopt volgens een vast patroon:

1. Eerst stijgt de ammoniak, terwijl er nog nauwelijks nitriet is.
2. Na een week of twee daalt de ammoniak en stijgt het nitriet snel, vaak tot boven wat je testset kan meten.
3. Daarna daalt ook het nitriet, terwijl het nitraat oploopt.
4. Staan ammoniak en nitriet enkele dagen op nul terwijl het nitraat blijft stijgen, dan is de kringloop op gang.

Inlopen zonder vissen

De diervriendelijkste methode is inlopen zonder vissen. Je voedt de bacteriën zelf met een bron van ammoniak: een kleine dosis zuivere ammoniak (tot ongeveer 2 mg/l) of wat visvoer dat je laat afbreken. Een bacteriestarter of een handvol filtermateriaal uit een gezond aquarium versnelt het proces aanzienlijk.

De bak is klaar wanneer hij 2 mg/l ammoniak binnen 24 uur volledig omzet, zonder dat er nitriet achterblijft. Ververs dan een groot deel van het water om het opgebouwde nitraat te verlagen, en zet je vissen er geleidelijk in: niet allemaal tegelijk, want de bacteriepopulatie moet meegroeien met de hoeveelheid afval.

Wat het inlopen helpt

• Een temperatuur van 25 tot 30 °C
• Voldoende zuurstof en stroming
• Een pH boven 7 en voldoende carbonaathardheid (KH): nitrificatie verbruikt KH, en bij een te lage KH kan de pH plots instorten, waarna de bacteriën stilvallen
• Geduld: meer ammoniak toevoegen maakt het niet sneller

Als het misgaat

Ook een ingelopen aquarium kan uit evenwicht raken: na een te grote groep nieuwe vissen, een te grondig schoongemaakt filter, een stroomonderbreking, een dode vis die niemand opmerkte of te veel voer. Meet je ammoniak of nitriet, doe dan het volgende:

1. Ververs meteen 30 tot 50 procent van het water, met water van dezelfde temperatuur dat tegen chloor is behandeld.
2. Geef een paar dagen weinig of geen voer: minder voer betekent minder ammoniak.
3. Controleer het filter en verwijder dode dieren en rottend materiaal.
4. Meet dagelijks en herhaal de waterverversing tot ammoniak en nitriet weer op nul staan.

Meten is weten

De stikstofkringloop is onzichtbaar: kristalhelder water kan vol ammoniak of nitriet zitten. Test daarom regelmatig ammoniak/ammonium, nitriet en nitraat, zeker tijdens het inlopen en in de eerste maanden. Druppeltests zijn nauwkeuriger dan teststrips. Met de tool Waterwaarden op Yawar houd je je metingen bij en zie je in een grafiek hoe elke waarde zich ontwikkelt.

Samengevat

• Vissen en afbraak produceren giftige ammoniak.
• Bacteriën zetten die om in giftig nitriet, en daarna in veel minder giftig nitraat.
• Die bacteriën leven vooral in je filter: behandel het met zorg.
• Een nieuw aquarium moet 4 tot 6 weken inlopen voor er vissen in kunnen.
• Nitraat verwijder je met waterverversingen, planten en – in zeewater – denitrificatie.