導入
窒素循環は、さまざまな形態の窒素(二窒素、硝酸塩、亜硝酸塩、アンモニア、有機窒素) によって受けられる一連の変化を記述する生物地球化学的循環です。
一般的な
大気中には窒素が 79体積％含まれているため、窒素の主な供給源となります。多くの生物学的プロセスに必須の化合物である窒素は、タンパク質を構成するアミノ酸や DNA に存在する窒素塩基などに含まれています。大気中の窒素を生物が吸収できる形に変えるにはプロセスが必要です。
大気中の窒素は、 Azobacter vinelandiiなどの土壌に存在する細菌によって、酵素であるニトロゲナーゼを使用して固定されます。これらは、大気中の窒素からアンモニア(NH 4 OH) を生成し、水から水素を生成します。根粒菌などのこれらの細菌の一部は植物と共生し、根圏で植物の炭水化物と引き換えに植物が必要とするアンモニアを生成します。アンモニアは、腐生細菌による死んだ生物の分解によってアンモニウムイオン (NH 4 + ) の形で発生することもあります。
酸素が豊富に含まれる土壌だけでなく、酸素が含まれる水生環境でも、細菌は硝化プロセス中にアンモニアを亜硝酸塩 (NO 2 – ) に変換し、次に硝酸塩 (NO 3 – ) に変換します。この変換は、亜硝酸化とニトロ化に分類できます。
植物は根から土壌中に存在する硝酸イオン（NO 3 – ）と、程度は低いですがアンモニウムを吸収し、アミノ酸やタンパク質に取り込みます。したがって、植物は動物によって同化される窒素の主な供給源を構成します。
無酸素環境（酸素が含まれていない土壌または水生環境）では、いわゆる脱窒細菌が硝酸塩を窒素ガスに変換します。これが脱窒です。
水族館で
水族館では、アンモニアの生成の原因となるのは、魚の糞や食べ残しです。水生動物にとって非常に有毒なこの製品は、水族館内に天然または人工（植えられた）存在するバクテリアによって、はるかに毒性が低く、植物にとって有益な硝酸塩に変換されます。
ニトロソモナス細菌はアンモニアを亜硝酸塩に変換しますが、亜硝酸塩自体は水生動物にとって非常に有毒です。そして、ニトロバクター細菌は亜硝酸塩を硝酸塩に変換します。硝酸塩は水槽内の植物に吸収されます。
水槽が最初に満たされたとき、これらのバクテリアは水中に存在しません。バクテリアの集団は水槽が満たされた瞬間から徐々に出現し、サイクルの開始には約 3 週間かかります。アンモニアの蓄積により、最初の細菌集団の増殖が引き起こされます。これらの細菌はアンモニアを亜硝酸塩に変換します。数日後、最初の細菌集団による亜硝酸塩の蓄積により、2 番目の細菌集団が増殖し、亜硝酸塩の濃度が低下します。亜硝酸塩の濃度は完全に検出されなくなるまで低下し、この時点から水槽は魚にとって健康な状態になります。
ほとんどの水族館には魚が余っていますが、生成される硝酸塩の量に対して十分な植物がありません。硝酸塩は最終的に水中に蓄積するため、1～2週間後に水槽の水の一部を「新しい」水と交換して定期的に硝酸塩を希釈する必要があります。交換の頻度は動物の感受性によって異なります。多くの魚は最大 50 mg/l の濃度に耐えることができます。一方、「硬い」サンゴは 2 mg/l を超える濃度に耐えることができません。
アンモニアと亜硝酸塩を分解するバクテリアは、水、水槽の土壌、フィルターに存在します。フィルターとポンプによって引き起こされる混合により、酸素が豊富な水を表面から底に運び、生きるために酸素を必要とするバクテリアの生存を保証します。また、存在するバクテリアをフィルターに接触させる役割もあります。水族館の水。
窒素サイクルが開始されると、水族館は循環していると言われます。水中に形成されるアンモニアと亜硝酸塩はすぐに変換され、濃度は検出不可能なレベルに保たれます。