Artigo Aquaflux_ a Química Do Aquário - Ciclo Biogeoquímico Do Nitrogênio • (Autor_ Marcelo Andrade) • Aquaflux Aquarismo e Aquapaisagismo

31/7/2014 Artigo Aquaflux: A Química do Aquário - Ciclo Biogeoquímico do Nitrogênio • (Autor: Marcelo Andrade) • Aquaflux Aquarismo e Aquapaisagismo. …

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ARTIGOS AQUAFLUX

A Química do Aquário - Ciclo Biogeoquímico do Nitrogênio

Ciclo Biogeoquímico do Nitrogênio Aplicado ao Ecossistema do Aquário

1 - Introdução

O nitrogênio assim com o fósforo e potássio, são fatores limitantes do crescimento das plantas aquáticas. Nesse artigo tratarei

somente do nitrogênio (um ciclo gasoso como os de carbono e oxigênio) e os demais (carbono e oxigênio) em artigos posteriores.

O gás nitrogênio (N2), compõe de 75 a 80% da atmosfera, entretanto, as plantas não podem absorvê-lo de forma direta. Em seu

aquário a porcentagem também é bem relevante.

O nitrogênio assim como o carbono e o oxigênio são ciclos gasosos de suma importância ao seu aquário, a atmosfera é rica em

nitrogênio e pobre em carbono, o mesmo ocorre em aquários que não tenham injeção de CO2 ou adição de carbono líquido. O

ciclo do nitrogênio é muito mais extenso que o ciclo do carbono e do oxigênio, sendo fundamental para os outros dois.

2 - Ecossistema Aquático e os compostos Nitrogenados

Em nossos aquários, os compostos nitrogenados de interesse são:

a) Amônia (NH ) e amônio (NH ): Apesar do potencial tóxico do amônio (NH ) para a fauna, a amônia não apresenta tal

toxidade por ser um gás de baixa dissolução em água e seu tempo de vida relativamente curto, aproximadamente 10 dias, é o

terceiro composto mais abundante na atmosfera, ficando atrás apenas do gás nitrogênio (N ) e do óxido nitroso (N O). Outro

motivo para a toxidade dos compostos amoníacos em água com PH elevado é devido á ionização/salinização da amônia em

amônio.

NH + H O → NH + OH

A amônia reage com a água produzindo o íon amônio que é tóxico, elevando o PH com a hidroxila (OH ). Por isso em aquários

alcalinos a mesma concentração de amônia é muito mais letal do que em aquários ácidos. O equilíbrio dinâmico está muito mais

para produção de amônio do que de amônia em aquários alcalinos.

b) Nitrito (NO ): potencialmente tóxico este intermediário no ciclo do nitrogênio, pode produzir ácido nítrico no aquário

diminuindo o PH, antes de ser transformado em nitrato pelas bactérias.

2NO + 2H O → 2HNO + H

c) Nitrato – produto determinado pelos aquaristas em sua maioria como item final do ciclo do nitrogênio no aquário, absorvido

pela flora diminuindo assim sua concentração que raramente chega a ser tóxica em aquário plantados, mas em marinhos pode se

tornar fatal.

Um bom substrato com capacidade adsorvente pode reter esse e outros nutrientes, os removendo da coluna d’água e liberando

somente para as raízes da flora.

d) Gás nitrogênio (N ) – este sim, esquecido por todos, é o produto final do ciclo, que é completado por bactérias anaeróbicas

presentes em zonas mortas do aquário como substrato compactado e zonas de baixa circulação de água.

3 - As fontes de nitrogênio no aquário são diversas:

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3.1-Dissolução do gás nitrogênio (N ) atmosférico na coluna d’água.

3.2- Amonização - geração de gás amônia (NH ) e sais de amônio (NH ) por bactérias decompositoras, que atuam nos dejetos

da fauna (peixes: ósseos excretam amônia,e os cartilaginosos excretam uréia que é muito menos tóxica), na decomposição das

folhas da flora, nos restos mortais da fauna, e no excesso de alimentação.

3.3- Nitrosação (geração nitrito (NO ) por bactérias Nitrossomanos.

3.4- Nitratação (geração de nitratos) por bactérias Nitrobacter.

4 - Envolvimento biológico

As formas disponíveis combinadas de nitrogênio para nutrição dos seres vivos incluem as combinações amoniacais (NH /NH

), nítricas (NO , NO ) ou orgânicas (R-NH ), que são metabolizadas para a construção da biomassa (plantas ou animais),

constituindo ácidos nucléicos, proteínas, clorofila (responsável pela fotossíntese), vitaminas, enzimas e hormônios.

Certas bactérias, algas e fungos convertem o nitrogênio gasoso em amônia, sendo esta absorvida diretamente por algumas

plantas ou indiretamente ao decorrer do ciclo.

5 - Tipos de bactérias, algas e fungos presentes no ciclo do nitrogênio:

5.1 - Cianobactéria – principais responsáveis na fixação do gás nitrogênio (N ) atmosférico, transformando-o em amônia.

5.2 - Alga azul Anabaena – responsáveis na fixação do gás nitrogênio (N ) atmosférico, transformando-o em amônia.

5.3 - Alga azul Nostoc – responsáveis na fixação do gás nitrogênio (N ) atmosférico, transformando-o em amônia.

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5.4 - Fungos – responsáveis na fixação do gás nitrogênio (N ) atmosférico, transformando-o em amônia.

5.5- Bactéria Rhizobium - As bactérias do gênero Rhizobium, utilizam o sistema radicular (raízes) de algumas variedades de

plantas onde se desenvolvem, absorvendo o gás nitrogênio (Isso mesmo, o seu aquário também possui gás nitrogênio), fixando no

substrato fértil os sais transformados (NH ; NO ; NO ), estes agora podem ser absorvidos pelas raízes das plantas como

“adubo”. Por isso a importância de se ter um bom substrato com capacidade adsorvitiva, para que esses nutrientes fixados não

retornem a coluna d’água.

5.6 - Bactéria Nitrosomonas - Bactéria quimiotrófica nitrificante oxida a amônia NH para nitrito NO

5.7 - Bactéria Nitrobacter – Bactéria que oxida o nitrito NO para o nitrato NO

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2

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2 3



5.8 - Bactéria Rhodospirillum - Bactérias fotossintéticas

5.9 - Nitrosococcus – bactérias nitrificantes

5.10 - Pseudomonas denitificans – bactéria anaeróbicas geram N2



5.11 - Bactéria Clostridium - Bactérias anaeróbicas geram N

6 - Ação das bactérias e seus ciclos:

6.1 Bactérias Decompositoras – transformam os resíduos nitrogenados orgânicos (fezes, alimentos, restos mortas de fauna e

flora) em amônia gasosa e sais de amônio. Ao processo de decomposição, em que compostos orgânicos nitrogenados se

transformam em amônia e íon amônio, dá se o nome de amonização

R-NH → NH + R

6.2 Bactérias Nitrificantes – Transformam a amônia e seus sais obtidos pela decomposição das bactérias decompositoras em

nitritos e depois nitratos por um grupo de bactérias quimiossintetizantes (isso mesmo, precisa de luz) As bactérias

quimiossintetizantes oxidam os íons e com a energia liberada, fabricam compostos orgânicos a partir do CO e água, definindo a

quimiossíntese. A oxidação dos íons amônio produz o nitrito como resíduo nitrogenado que é liberado para a coluna d’água, essa

conversão leva o nome de nitrosação ou nitrificação. (bactérias Nitrossomonas e Nitrossococcus, Aspergilus). Os nitritos são

oxidados a nitratos (Nitração) pelas bactérias quimiossintetizantes do gênero Nitrobacter.

O nitrato liberado na coluna d’água agora pode ser consumido pelas plantas e seres que possam utilizar esse macronutriente.

6.2.1 - Nitrosação: Transformação da amônia em nitrito.

NH + 3/2O2 → NO + H O + 2H

6.2.2- Nitração: Transformação de nitrito em nitrato.

NO + 1/2O2 → NO

6.3 Bactérias Desnitrificantes – As Bactérias (Pseudomonas) encontradas nas zonas mortas do aquário como substrato

compactado (sem oxigênio), que a partir do nitrato, produzem nitrogênio gasoso (desnitrificação) que retorna a coluna d’água e

posteriormente com a agitação da lamina d’água a atmosfera.

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2 3

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NO + Matéria Orgânica → N + CO + H 0

6.3 Bactérias Desnitrificantes – As Bactérias (Pseudomonas) encontradas nas zonas mortas do aquário como substrato

compactado (sem oxigênio), que a partir do nitrato, produzem nitrogênio gasoso (desnitrificação) que retorna a coluna d’água e

posteriormente com a agitação da lamina d'água a atmosfera.


7 - Em resumo, no seu aquário acontece dessa forma:

O gás nitrogênio (N2) dissolvido na água, os restos de alimentos em

excesso, fezes e restos de fauna e flora em decomposição dão início ao

ciclo do nitrogênio pelo processo denominado amonização com as

bactérias decompositoras:

RNH → NH3/NH4 + R

As bactérias Nitrificantes entram em ação, transformando a amônia e

seus sais em nitritos no processo de nitrosação:

NH + 3/2O → NO + H O + 2H

As bactérias Nitrificantes entram novamente em ação, transformando os

nitritos em nitratos no processo de nitração:

NO + 1/2O → NO

Na etapa final do processo as bactéria anaeróbicas presentes nas zonas

mortas do aquário, como substrato compactado produzem o gás

nitrogênio com o consumo do nitrito. ( bolas que saem do substrato,

geralmente são gás nitrogênio (N2) que retorna ao ciclo seja dissolvido na

água ou liberado a atmosfera.

3-

2 2 2

3-

2 2 2

X+

4+

2 2-

2+

2-

2 3-




8 - Ciclo Do nitrogênio em águas naturais

Conclusões:

1. Em aquários plantados algumas variedades de plantas podem absorver diretamente a amônia dissolvida na água sem a

necessidade das bactérias Nitrosomanos e Nitrobacter que transformam amônia em nitritos e nitratos.

2. A fixação do nitrogênio ocorre por meio de organismos simbióticos fixadores de nitrogênio.

3. A fixação do nitrato por via biológica é a mais importante, o nitrogênio fixado é rapidamente dissolvido na água e fica

disponível para as plantas em aquários plantados e “poluindo” os aquário de ciclídeos e marinhos. Em plantados as plantas

transformam os nitratos em grandes moléculas nitrogenadas necessárias a sua vida. Reiniciando o ciclo quando da decomposição

de suas folhas.

4. A ação conjunta das bactérias decompositoras, nitrificantes e desnitrificantes são responsáveis pelo equilíbrio biogeoquímico

do nitrogênio no aquário.

5. Segundo KINJO & PRATT 1971 e KINJO et. al. 1978 citados por Padovesi 1988 o nitrato pode ser removido (adsorvidos) por

óxidos de ferro e alumínio, interferindo assim no ciclo do nitrogênio evitando a formação da desnitrificação por falta do nitrato.

O uso do skimmer também interrompe o ciclo removendo o excesso de material nitrogenado do aquário tornando assim o nível de

nitrato menor.

6. Segundo LOPEZ et. AL.1998, estudando nitrificação e desnitrificação é um processo muito mais efetivo com concentrações

maiores de aeração. O oxigênio é fundamental para o processo. Como visto em todas as etapas do ciclo do nitrogênio no aquário

consomem oxigênio ( forma aeróbica), exceto a desnitrificação ( ocorre de forma anaeróbica ). Essas reações são reações de

redox ( oxidação – redução ), então um aquário pobre em oxigênio tem seu ciclo do nitrogênio comprometido, podendo levar

desde a surtos de algas, compostos tóxicos em excesso e até a eutrofização total do aquário.Então quanto mais oxigênio melhor

para a fauna e para as bactérias !

7. Em aquários alcalinos e de maior temperatura a amônia é muito mais volátil e toxica.

Bibliografia

1. Anuário Estatístico

2. do setor de Fertilizantes – ANDA – Edições 1988 a 2000 – São Paulo

3. CATANI, R.A & JACINTHO, A.O. Avaliação da fertilidade do solo; método de análise. Piracicaba: Esalq, 1974. 61p

4. MALAVOLTA, E; ABC DA ADUBAÇÃO. Editora Agronômica “Ceres” LTDA 5ª Edição – São Paulo, 2000.

5. LEE, J. D. Química Inorgânica Não Tão Concisa. Editora Edgard Blucher Ltda. 4ª Edição – São Paulo, 1996

6. FISCHER, V. & CALDEIRA L. & OLIVEIRA B.; Ciclo do Nitrogênio. Universidade Federal de Pelotas – Instituto de Geociências -

Departamento de Química Analítica e Inorgânica

7. SILVA, R & AMORIM, R. & AMBROZINI B; Importância da Compreensão dos Ciclos Biogeoquímicos para o Desenvolvimento

Sustentável Universidade de São Paulo – Instituto de Química de São Carlos - 2003

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Autor: Marcelo Andrade (23/11/2011)

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