El Ciclo del Nitrógeno

Las primeras semanas de un acuario son cruciales para su éxito. Antes del agregado de los peces es muy importante que en el agua se establezca todo un mundo biológicamente activo, que asegure una vida saludable para los futuros habitantes.

El ciclo del nitrógeno es un proceso que se da tanto en sistemas terrestres, o emergidos, como en ecosistemas acuáticos, ya sean marinos o de aguas tropicales, como los lagos, lagunas, ríos, arroyos, etc. Todo manto acuífero representa un ciclo de nitrógeno, incluso nuestros acuarios, y este es el tema más importante para el buen funcionamiento de nuestro pequeño ecosistema.

En el ciclo del nitrógeno los productos de desecho nitrogenados del metabolismo de los organismos sirven como nutrientes para otros, y los átomos de nitrógeno son usados una y otra vez y en diferentes formas químicas por diversos seres o sistemas vivientes transformándose metabólicamente en varios estados químicos hasta volver a su estado original formando un ciclo: de ahí el nombre de «Ciclo del nitrógeno».

Puesto que un acuario es un ambiente cerrado, todos los desechos excretados por los peces, ya sean amonio, urea o ácido úrico, los restos de plantas y el alimento sin consumir, se acumulan dentro del mismo y también contienen sustancias orgánicas nitrogenadas. En el ciclo del nitrógeno intervienen diferentes sustancias, ya sea como productos o como subproductos. Éstas son:

• Amonio NH4 o Amoniaco NH3
• Nitritos NO2-
• Óxido nitroso NO2
• Nitratos NO3-
• Nitrógeno molecular N2

El amoniaco es un compuesto nitrogenado, gaseoso, incoloro y alcalino. Posee una alta solubilidad en agua, formando amonio (NH4) y un ión oxidrilo (OH-) de acuerdo con la reacción:

NH3 + H2O ◄------► NH4 + OH-

 La concentración de amoniaco libre está en función del pH y de la temperatura de nuestro acuario (tabla de la derecha); cuando su concentración es alta existe el riesgo para los peces y otros habitantes ya que es un compuesto tóxico para ellos. Sin embargo, el amonio no es tóxico ya que no puede penetrar en los tejidos de los peces.

Cuando el pH es menor a 7 la nitrificación se detiene, por lo que el amoniaco no puede ser oxidado por las bacterias. Por ejemplo, una concentración de amoniaco de 10 partes por millón tiene un efecto altamente letal en un acuario cuyo pH sea de valor 9; mientras que la misma concentración será inocua en un acuario cuyo pH sea de valor 6.

En un acuario ya establecido, el amoniaco, la primera sustancia nitrogenada que se genera, es transformado en nitritos por el proceso de nitrificación, que es la oxidación biológica del amonio a nitrato por microorganismos aerobios que usan el oxígeno molecular (O2) como oxidante, también tóxico para los habitantes de nuestro acuario. Específicamente, para la oxidación del amonio a nitrito se realiza un proceso llamado «Nitrosación», mediante cepas bacterianas denominadas Nitrosomas. Algunos estudios han revelado que no son únicamente las bacterias Nitrosomas las que oxidan el amoniaco en un ambiente acuático, sino también las llamadas Nitrosococcus.

Los nitritos por medio del proceso de Nitratación son oxidados a nitratos por las bacterias denominadas nitrobacter; los nitratos son menos tóxicos que los nitritos y el amoniaco; sin embargo, cabe mantenerlos controlados para evitar estrés y disminución de las defensas de nuestros peces por alteraciones en su sistema inmunológico.

Cuando instalamos un acuario nuevo, estas bacterias nitrificantes sólo existen en pequeñas cantidades, y suelen venir principalmente en el agua y en la grava. Por ello, es fundamental que en las primeras semanas se logre una multiplicación y asentamiento de sus colonias, de manera que se obtenga una población lo suficientemente grande para procesar los desechos de los futuros habitantes.

Por otro lado, el proceso de colonización de estas bacterias se produce sin ningún otro tipo de intervención más que una fuente de materia orgánica. Una vez que el tanque es llenado y los filtros comienzan a funcionar, no es necesario proveer de amoniaco para iniciar el ciclo, pues a pesar de que la cantidad que pueda existir en el agua es escasa, la descomposición de la poca materia orgánica con que cuenta proveerá el amoniaco suficiente para la instauración de la primera fase del ciclo del nitrógeno.

Es importante identificar los asentamientos bacterianos en los filtros de nuestros acuarios que es donde la colonización es mayor debido al paso continuo de agua y a la oxigenación para evitar confusiones. Cuando un filtro empieza a madurar el material de filtración toma un color marrón que fácilmente es confundido con materia orgánica de desecho, y en efecto, es materia orgánica retenida pero que en ella se encuentran millones de bacterias nitrificantes por lo que no deben sustituirse por materiales nuevos, aquí algunas ilustraciones:

Filtro mecánico de esponja con más de 12 meses de funcionamiento

Canutillos de cerámica de un filtro con 12 semanas

Filtro de perlón con 2 semanas, se observa poca colonización bacteriana

Filtro de perlón con más de 12 semanas de funcionamiento

Para hacer comparativos entre los materiales de nuestros filtros con los ilustrados aquí hay que considerar los componentes de nuestro acuario. Las imágenes perteneces al filtro de un acuario plantado densamente, el cual genera mayor cantidad de desechos y la tonalidad de los materiales filtrantes es de color más intenso que para acuarios sin plantación.

Por otro lado, existen soluciones concentradas de bacterias nitrificantes comerciales que engañosamente prometen ciclados instantáneos o con reducción de tiempo hasta del 50 o 70%: esto es una falsedad, pues tales productos no hacen más que dar inicio al proceso mas no actúan como catalizador del mismo ni hacen más rápida la reproducción y/o colonización de las bacterias.

Comportamiento de compuestos nitrogenados durante el Ciclo de Nitrógeno del acuario

La concentración y comportamiento de los diferentes compuestos nitrogenados de un acuario no es un patrón de comparación para determinar el tiempo en que ha quedado establecido el ciclo del nitrógeno, ya que éste depende de las condiciones en que el acuario se encuentre montado así como de las condiciones de operación. Si tenemos, por ejemplo, un acuario con plantas naturales, las concentraciones al paso de los días tendrán un comportamiento diferente a un acuario en donde no las hay. Otros factores que intervienen son la temperatura, cuyo valor óptimo para el crecimiento y reproducción de las bacterias nitrificantes ronda entre los 25 ºC y 30 ºC, el crecimiento decrece un 50% a 18 ºC y entre 8 ºC y 10 ºC la eficacia se reduce en un 75% y a menos de 4 ºC ya no hay actividad. Las bacterias nitrificantes mueren a menos de 0 ºC y a más de 49 ºC.

El oxígeno disuelto en el agua es muy importante. El óptimo se situaría en condiciones superiores a un 80% de saturación, y por debajo de 2 mg/l no hay actividad nitrificante.

La única constante en el comportamiento de los compuestos nitrogenados es que en la fase inicial del ciclo del nitrógeno la concentración de ellos es muy cercana a 0 mg/lt y que conforme van aportándose los elementos orgánicos implicados, éstos van aumentando hasta el momento de alcanzar un punto máximo desde el que inician un retroceso. Esto implica el inicio del ciclo con la generación de NH3/NH4, cuya concentración inicial sufre un incremento en tanto se colonizan las primeras cepas bacterianas que oxidarán en nitritos (NO2-) momento en el que su propia concentración inicial se incrementará en tanto las bacterias asentadas lo oxidan para transformarlos en nitratos (NO3-).

En los gráficos anteriores se trata el comportamiento de compuestos nitrogenados durante la formación del ciclo del nitrógeno de un acuario sin plantas naturales y bajo condiciones normales de generación de compuestos amoniacales ni adición de cepas bacterianas suplementarias.

En los siguientes gráficos se puede observar la alteración del comportamiento de los compuestos nitrogenados cuando se aplican dosis de cepas bacterianas comerciales:

Es de notarse que el pico más alto de nitritos en el segundo caso es más bajo que en el primero; sin embargo, el tiempo en que se implementa el ciclo del nitrógeno es relativamente el mismo.

Finalmente, veamos el comportamiento del ciclo en un acuario plantado desde su montaje: