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Teil 2. Die Nährstoffverwertung im Becken und Filter - DAS FILTERLOSE AQUARIUM

Teil 2. Die Nährstoffverwertung im Becken und Filter - DAS FILTERLOSE AQUARIUM
Meine Vorüberlegungen:
Als ich den HMF noch in Betrieb hatte, beobachtete ich eine rege Ansammlung von Mulm hinter der Matte. Ich hatte unter dem Sand am Bodengrund noch einen Nährstoffboden eingebracht, zusätzlich Turmdeckelschnecken eingesetzt, die man zwar nur ab und an sieht, dann aber in unterschiedlichen Größen, so dass ich davon ausgehe, dass sie sich ordentlich vermehren, wegen des guten Beckenklimas meistens im Bodengrund verbleiben. Aufgabe dieser Schneckenart ist es, Nährstoffe zu den Pflanzenwurzeln zu befördern, indem sie den Boden a) belüften und b) Nährstoffe, die sich auf der Oberfläche des Sandes befinden, nach unten befördern.

Nach einiger Recherche was Mulm nun eigentlich ist (sozusagen Humus, siehe auch Kap. 3. Mulm), blickte ich etwas skeptisch auf die Ansammlung hinter der Matte: Dort kommen die Schnecken ja nicht hin, um eben diesen Humus zu den Pflanzenwurzeln zu befördern.
Zudem wuchsen die Pflanzen (vor allem Stängelpflanzen und auch Anubias) erst richtig, als ich begonnen habe, mit Flüssigdünger hinzu zu düngen.

Meine Überlegung war also: Im Garten wird doch auch „Biomüll“ im Kompost verwertet. Wie bekomme ich also den „Kompost“ hinter dem HMF, der dort vom restlichen Becken abgeschieden zu sein scheint, wieder zurück in den Beckenkreislauf.

Erkenntnisse über die Nährstoffverwertung im Becken:

Nährstoffe gelangen ins Becken
Die Nährstoffe gelangen entweder durch Pflanzendüngung oder - und das ist hinsichtlich des Abbauprozesses im Aquarium für Besitzer meist der „unkontrollierbarere Teil“ - die Fütterung der Fische ins Becken. Schon das Einbringen der Nährsstoffe erfolgt also extern und nicht systemimmanent im „abgeschlossenen Beckenkreislauf“. Selbst das viel beschworene Mantra „Lebendgebärende produzieren ihre Nahrung selbst“ möchte ich kurz in Frage stellen, denn um Jungfische zu produzieren, müssen eben diese Lebendgebärenden von außerhalb zusätzlich Nahrung bekommen, um überhaupt die zusätzliche Energie aufbringen zu können um diese zu produzieren. Fressen diese wegen Nahrungsmangel ihre Jungfische wieder, wird dadurch lediglich die Energie aufgenommen, die benötigt wurde, um sie zu produzieren, die eigene Erhaltung des biologischen Systems ist hierbei noch nicht mitgerechnet. Das System ist auch auf Pflanzen, hier bei Ausbildung von neuen Blättern, übertragbar. Eine zusätzliche Fütterung ist also in jedem Fall notwendig, Nährstoffe müssen von außen eingebracht werden.

Hierdurch entsteht kurzfristig ein Nahrungsüberschuss. Selbst wenn Fische diesen verwerten und Biomasse aufbauen, also wachsen, entsteht dieser durch Exkremente oder Sterben und demnach durch die Verwesung vorher aufgebauter Biomasse. Ziel ist es, diese im Aquarium relativ rasch wieder in neue Biomasse umzusetzen, damit keine Fäulnis o.ä. und dadurch Giftstoffe entstehen.

Die Verwertung
Die Nährstoffverwertung des aufgrund der Fische eingebrachten Fischfutters (Düngung soll hier erst einmal nicht betrachtet werden, da diese meist kontrollierter als die Futterzugabe abläuft und auch in der Nitrit-/Nitratdiskussion nur selten zur Sprache kommt) läuft im Wesentlichen durch zwei Faktoren ab: zum einen bakterielle Verwertung und zum andern Aufnahme des daraus entstandenen Nitrats durch Pflanzen. So funktioniert es in den meisten Becken. Da jedoch meist ein Überschuss von Nitrat (und anderen Nährstoffen (Phosphaten usw.)) aufgrund einer reichen Fütterung und einer hohen Filterleistung unter hoher Bakterienaktivität hergestellt wird, muss Wasser gewechselt werden. Dieser Wasserwechsel entfernt überschüssige Nährstoffe und fügt neue, eventuell im Becken nicht produzierte hinzu. Ggfls. wird zusätzlich durch Düngung das Pflanzenwachstum optimiert.

Verwertung im Filter
Der am häufigsten auch hinsichtlich der Einlaufphase diskutierte Verwertungsprozess ist der bakterielle. Bekanntlich ist hierbei vereinfacht dargestellt, dass es eine Bakerienart gibt, die Ammonium (also den Stoff, der bspw. durch Ausscheidungen ins Wasser gelangt) in Nitrit umwandelt, und eine Art, die eben dieses Nitrit zu Nitrat synthetisiert. Erstere besiedelt zuerst das Becken, zweitere wächst langsamer, deshalb kommt es zum „Nitritpeak“ in der Anfangsphase des Beckens und/oder bei neuem Besatz. Kommen neue Fische hinzu, so wird wieder mehr Ammonium produziert, die Bakterien, die das Nitrit in der zweiten Verwertungsstufe abbauen, müssen sich erst nachbilden und dem Nährstoffangebot anpassen.
Dieses Beispiel, auch unter dem Schlagwort Nitrifikation bekannt, ist nur einer von vielen bakteriellen Vorgängen. Weitere Bakterien verwerten organische Stoffe zu anorganischen und machen sie den Pflanzen verfügbar, bilden u.a. Huminstoffe (deshalb ist in Altwasseraquarien das Wasser oft gelblich), vgl. auch Walstad, S. 74-79.

In diesem Kapitel wird zuerst einmal die Nitrit-Nitratverwertung betrachtet, auch um die Wichtigkeit des Filters herauszustellen und seine Aufgabe genau zu erläutern.

Nitrifkation (vgl. Walstad, S. 79-80)
Der oben schon erwähnte zweistufige Prozess der Nitrifkation kann genauso wie im Filter auch im Becken ablaufen. Hierbei siedeln sich die Bakterien meistens am Bodengrund an (da es Sauerstoffzehrer sind, sei betont, dass sie sich an der Oberfläche des Bodengrundes niederlassen, deshalb sollte ein filterloses Aquarium immer Sand als Grund besitzen. Bei Kies würde keine sauerstoffreiche Siedlungsfläche zur Verfügung stehen.Außerdem sinken die Nährstoffe in die Zwischenräume des Kies und sind dort aufgrund des Sauerstoffmangels nicht mehr für die Abbaubakterien verfügbar. Im Schlimmsten Fall „fault der Bodengrund“, d.h. es bilden sich anaerobe Prozesse (zur gefahrlosen Verwendung des Sandes siehe auch Teil 4, Pflanzen).

Hier soll nicht der Eindruck erweckt werden, dass es nur zwei Bakteriensorten gibt, die an diesem Prozess beteiligt sind. Vielmehr ist dieser Prozess ein „melting pott“ aus vielen verschiedenen Bakterienkulturen die in die oben genannten zwei Gruppen eingeteilt werden können (vgl. Walstad, S. 79).

Diana Walstad bemerkt außerdem, dass der Sauerstoffverbrauch bei der baktereillen Nitrifkation derart hoch sein kann, dass sogar die kommunale Abwasserreingiung durch eben diese gestört werden kann: „Falls im Abwasser Ammoniumkonzentrationen (also das Ausgangsprodukt der Nitrifikation, Anmrk. d. Verf.) von 2 mg L^(-1) auftreten, kann die Nitrifkation den gesamten Sauerstoff verbrauchen.“ (S. 80).

Wer sich also wundert, dass er konstant einen zu niedrigen Sauerstoffwert im Becken vorfindet, obwohl er belüftet, hat eine hohe Nitrifikation. Das ist erst einmal positiv, solange die Fische nicht Sauerstoffmangel anzeigen, denn immerhin funktioniert der Nährstoffab- und -umbau, jedoch sollten hier die Ursachen ergründet werden. Oft liegen zuviele Nährstoffe vor, man sollte die Füttergewohnheiten oder den Besatz (Überbesatz) überprüfen (Vorsicht! Pflanzen verbrauchen nachts Sauerstoff!!! Durch diesen zusätzlichen, wenn auch temporären Verbraucher kann) die Sauerstoffversorgung der Fische eventuell nicht mehr gewährleistet sein).

Belüften ist hier eine Möglichkeit, die als Sofortmaßnahme sicherlich ihren Zweck erfüllt, aber nicht das Kernproblem (hohe Nährstoffverfügbarkeit) verringert. Auch wird durch eine Belüftung Co2 ausgetrieben, das aber tagsüber die Pflanzen, und auch manche anderen Bakterien, benötigen.

Wie oft sieht man Becken, die eine sehr bewegte Oberfläche oder gar einen Luftsprudler aufweisen, und zusätzlich künstlich mit Co2 versorgt werden. Trotz Belüftung weist das Wasser keinen überdurchschnittlichen Sauerstoffanteil auf, weil eben oben genannte Nitrifikation vieles verbraucht.

Auch mein eigenes Becken hat „Probleme“ mit der Sauerstoffversorgung. So muss ständig für eine mittlere Oberflächenbewegung gesorgt werden, um eine Sauerstoffanreicherung des Wassers zu gewährleisten. Allerdings war dies auch schon im Betrieb mit dem HMF notwendig. Deshalb wird bei mir die Pumpe morgens und abends gründlich gereinigt (der Ansaugkorb von Ansammlungen befreit). Dadurch erreiche ich eine durchschnittliche Anreicherung mit Sauerstoff, die sowohl für den erhöhten Bedarf in der Nacht, als auch allgemein für Fische und Bakterienkulturen ausreicht.

Zur Nitrifikation außerdem: Dr. Ralf Rombach auf www.scalare-online...chemie/nitritpeak.html (veröffentlich 2001 – 2008, letzter Zugriff am 25. Jan.2013).

Sinnvolle Ergänzungskapitel zu bakteriellen Abbauprozessen:
Walstad, S. 80-83, zu Denitrifikation und Nitratatmung, die Verwertung von Nitrat und Nitrat-Stickstoff im Becken durch Bakterien.

Außerdem in ebd., S. 90 eine Tabelle mit einem Überblick über bakterielle Vorgänge im Aquarium zuzüglich den negativen und positiven Auswirkungen auf das Wasser und einen Überblick über Anreicherung der Produkte im Wasser. Vgl. auch zu Reduktion diverser Elemente (Mangan, Eisen Sulfat, Produktion von Co2 usw., hier im Blog Kap. 3 Mulm und Kap. 4 Pflanzen).

Der Filter als Wohnfläche
Aufgrund des hohen Sauerstoffbedürfnisses der nitrifizierenden Bakterien („Nitrifizierende Bakterien brauchen mehr Sauerstoff als übliche Bakterien (…).“, Walstad, S. 80), muss also ein geeigneter Wohnplatz für diese gefunden werden: Dies ist in den meisten Aquarien ein Filter.

Indem das Wasser durch Strömung mit Sauerstoff angereichert wurde und an den Bakterienkulturen auf dem Filtermedium vorbei strömt und dieses dadurch mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt, wird im Filter die Nährstoffverwertung vorangetrieben. Dies gelingt aber nur, wenn ein optimales Strömungsverhältnis vorliegt. Fließt das Wasser zu schnell, so verweilen die Nährstoffe nicht lange genug bei den Bakterien, fließt das Wasser zu langsam, werden sie nicht genug mit Sauerstoff versorgt.

Die Angst vor einem Abschalten des Filters für KURZE Zeit ist unbegründet, da im Wasser auch gelöster Sauerstoff vorliegt und die Bakterien sich davon auch über eine kurze Zeitspanne ernähren können (die Zeit ist abhängig vom Sauerstoffanteil des Wassers).
Durch mechanische Filtermedien werden der entstehende Mulm im Filter zurückgehalten und andere Schwebstoffe (Staub/Sand) ebenfalls aus dem Wasser gefiltert. Dies sorgt für das übliche klare Wasser. Eine alleinige mechanische Filterung bringt zwar klares Wasser, sagt jedoch nichts über die gelösten Inhaltsstoffe des Wassers aus. Sind zum Beispiel Lehmpartikel durch Filtermedien im Filter zurückgehalten, so ist natürlich das Wasser klar, kann jedoch bei einer nicht optimal ablaufenden Nitrifkation dennoch Nitrit enthalten.

Obwohl die Nitrifikation auch an anderen Stellen im Auqarium abläuft, dient der Filter also in erster Linie als zusätzliche optimierte Wohnfläche für Bakterien und arbeitet deshalb, bei optimalen Bedingungen sehr effizient, bzw. kann eine Menge Fehler oder schwierige Bedingungen auch ausgleichen (hohe Futtergabe, Überbesatz, Fische mit hohem Stoffwechsel (Kaltwasserfische!) …).
Deshalb ist immer anhand der eigenen Beckengestaltung und des eigenen Beckenbesatzes zu prüfen ob überhaupt ein Entfernen des Filtermediums Sinn macht. Ein Goldfischaquarium ohne Filter kann ich mir beim besten Willen nicht vorstellen!

Zur Funktion des Filters und zur Rolle des Biofilms vgl. auch die sehr interessante und detailierte Erläuterung Dr. Ralf Rombachs auf www.scalare-online.../filter/filterung.html (veröffentlicht 2004, letzter Zugriff am 25. Jan. 2013).

Zu den verschiedenen Filtertypen vgl. außerdem: www.aquaristik-hilfe.de/frames.htm (Projektseite Joachim Mundt, hier unter Technik → „der Filter“ → jeweiligen Filtertyp einsehen, letzter Zugriff 25. Jan. 2013).

Was passiert bei Überfütterung?
Siehe Teil 4. Pflanzen

Allerdings – diese Überlegung ist in erster Linie durch den Artikel Rombachs zum Filter und Biofilm („Ein Filter ist nichts anderes als eine Mulmfalle.“, Link s.o.) und aufgrund der hier noch zu erläuternden Nährstoffverwertung der Pflanzen, beschrieben bei Diana Walstad, ausgelöst worden – stellt sich die Frage, wenn die Bakterien giftige Stoffe umwandeln und die dadurch entstehenden Produkte wiederum Nährstoffe sind, diese aber durch den mechanischen Filter zurückgehalten werden und so nicht zurück ins Becken gelangen, wie kann dann ein Kreislauf der Nährstoffe dennoch geleistet werden?

Viele Aquarien benötigen zusätzliche Düngung, weil die Nährstoffe aus dem Filter nicht zurück ins Becken kommen. Deshalb reichert sich der Mulm im Filter an und muss irgendwann mechanisch entfernt werden (er wird aus Mangel an Nährstoffverwertern der bakteriellen Endprodukte nicht abgebaut). Gleichzeitig gibt man künstlich viele Stoffe, die man soeben aus dem Filter entfernt hat zusätzlich hinzu.

Deshalb zurück zur Ausgangsfrage und zu den Beobachtungen anfang dieses Kapitels: Wie erreicht man eine Verfügbarkeit der im Filter gebundenen Nährstoffe und macht dadurch eine regelmäßige Düngerzugabe eventuell obsolet?
Nach diesen Erkenntnissen muss hierfür zuerst einmal der Mulm zurück ins Becken befördert werden. Zur Beschaffenheit und zu Unterschieden verschiedener Mulmarten siehe das nächste Kapitel.

Meine Erkenntnisse aus diesen Darstellungen und Zusammenhängen:
Bakterien müssen in erster Linie mit Sauerstoff und Nährstoffen durch Strömung versorgt werden, damit sie arbeiten können.
Der Filter ist bei einer dementsprechenden Beckenausstattung erst einmal nicht unbedingt notwendig, sondern optimiert lediglich die Nährstoffverwertung. Nochmals: Vorsicht!! Wenig Besatz, wenig Fütterung, gute Wasserzirkulation, Sandboden usw. sind neben weiteren hier noch zu erläuternden Bedingungen notwendig!! Nicht jedes Becken eignet sich!!!

Fortsetzung folgt. Nächster Teil: 3. Mulm
Anmerkungen, Kritik, Verbesserung, Ergänzung? Bitte schreibt mir eine PN oder nutzt direkt die Kommentarfunktion! Danke.

Weitere Teile in Vorbereitung:
4. Pflanzen
5. Wasserbewegung
6. Fische (eigene Beobachtungen)
7. Veränderungen im Becken nach der Umstellung
8. Quellen und interessante Links/Literatur
9. Zur Diskussion: Leitwert vs. Ph-Wert
Teil 2. Die Nährstoffverwertung im Becken und Filter - DAS FILTERLOSE AQUARIUM
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