O que é tão importante sobre o nitrogênio?

No mundo da economia humana, política, e sociedade, existem muitas moedas diferentes, todos os quais são trocados por mercadorias. Isso pode ser óleo, Dólares americanos, Curtidas do Facebook ou cookies da vovó. O mundo natural tem moedas semelhantes - comércio de oxigênio, carbono, e talvez a moeda mais preciosa de todas: azoto .

O mundo inteiro luta por isso, colhendo honestamente, trapaceando por isso, e roubá-lo brutalmente. É um elemento poderoso, necessária nas maiores quantidades para um bom crescimento, defesa, e reprodução. Este artigo cobrirá o que é nitrogênio, onde ocorre no sistema, e como ele interage com os outros elementos da aquaponia. Também discutiremos como identificar uma deficiência de nitrogênio.

Nitrogênio em aquaponia

Como já mencionei, o nitrogênio é um dos nutrientes mais importantes em seu sistema aquapônico. Ocorre de várias formas no mundo natural, Mas para agora, vamos nos concentrar no mais relevante:proteína.

A proteína é construída a partir de aminoácidos, que são construídos a partir de nitrogênio. Todas as plantas e animais contêm proteínas, e quando eles morrem, outros organismos os consomem e eliminam essas proteínas para obter energia. Assim, o nitrogênio entra no corpo na forma de alimento proteico.

O ciclo do nitrogênio

Quando os animais terrestres consomem proteínas, eles eventualmente as decompõem em aminoácidos e depois em amônia. A amônia (NH3) é uma substância desagradável - é muito tóxica - e a melhor maneira de se livrar do excesso de amônia é excretá-la. Então, em animais terrestres, a amônia é convertida em uma substância química chamada uréia e excretada na urina.

O nitrogênio ocorre nos sistemas aquapônicos da mesma maneira. Ele entra na forma de ração para peixes. Os peixes consomem a comida, mas o processo é mais simples; os micróbios em seus estômagos quebram as proteínas em amônia e amônia. A amônia está geralmente presente como amônio (NH4 +), que se move através das membranas celulares dos peixes e eventualmente se difunde na água. Nenhuma conversão extra necessária. Para peixes, qualquer forma.

Dependendo do pH da sua água, o amônio pode permanecer amônio ou se transformar em amônia, o que pode ser muito perigoso. A amônia não tem carga, então os peixes têm dificuldade em mantê-lo fora de seus corpos. Quando isso acontece, os peixes estão envenenados.

Então, uma vez que a amônia está na solução, isto deve ser transformado ou acabará por matar os peixes. Existem duas maneiras de fazer isso:alterar seu pH para favorecer o amônio (o que não é sugerido) ou converter a amônia em nitratos. A série de transformações de uma forma orgânica (amônia) para uma forma disponível para plantas (nitrato) - e a próxima etapa do ciclo - é chamada nitrificação.

Nitrificação

A nitrificação é o processo que impulsiona a maioria dos sistemas aquapônicos. Essencialmente, nitrificação converte amônia e amônio em nitrato útil. Isso acontece em dois processos:transformar amônia em nitrito, e transformando nitrito em nitrato.

Em quase todos os ambientes (exceto ambientes anaeróbicos) a amônia é rapidamente transformada em nitrito (NO2-). Micróbios - ou bactérias nitrificantes —No solo ou solução adicionar oxigênio a (ou oxidar ) a amônia. Enquanto isso está acontecendo, os micróbios obtêm energia para fixar o carbono (quebrar o carbono do dióxido de carbono para construir células). Além disso, íons de hidrogênio (H +) são produzidos - os próprios íons que são medidos no teste de pH e fazem com que a água se torne ácida.

Este processo tem sido tradicionalmente atribuído a uma bactéria chamada Nitrosomonas. Uma pesquisa recente mostra que existem muitas centenas, senão milhares de espécies diferentes além de Nitrosomonas que também fazem este trabalho.

Esse é o primeiro passo.

A próxima etapa do ciclo é converter esse nitrito em nitrato. O nitrito também é bastante tóxico, então você nunca quer muito em seu sistema. Felizmente, representa muita energia armazenada para outras bactérias [nitrificantes]. Essas bactérias oxidam o nitrito e usam a energia do processo para fixar mais carbono. Soa familiar, exceto que desta vez o resultado é nitrato (N ° 3-). O nitrato é uma forma relativamente não tóxica de nitrogênio que as plantas podem absorver e usar para construir células.

A bactéria mais comumente reconhecida por realizar essa reação química é chamada de Nitrobacter. Novamente, Contudo, pesquisas indicam que existem muitas bactérias que participam dessa reação além do Nitrobacter.

À medida que as bactérias oxidam amônia e nitrito, eles liberam íons de hidrônio na solução, tornando o sistema mais ácido. (Para pessoas que desejam operar seus sistemas na faixa de pH ideal para disponibilidade de nutrientes, nitrificação é o processo mais importante para diminuir o pH). Isso indica porque a solução de sistemas mais antigos tende a valores de pH mais ácidos.

O nitrogênio está disponível em uma ampla variedade de valores de pH - portanto, o pH é menos importante quando se trata da disponibilidade de nitrogênio.

“... nitrificação é o processo mais importante para reduzir o pH.”

Eficiência de nitrificação e pH

A velocidade na qual o pH de uma solução muda, Contudo, pode influenciar a forma de nitrogênio disponível (veja o vídeo sobre amônia / amônio e pH), bem como a eficiência da nitrificação. Se as bactérias nitrificantes não tiverem tempo para se ajustar aos níveis de pH em mudança (como quase qualquer outra variável do sistema), a nitrificação sofrerá.

Na verdade, a nitrificação prossegue muito bem com valores de pH baixos, desde que a ecologia nitrificante tenha tempo para se ajustar. Bactérias nitrificantes geralmente são ineficientes quando se trata de alterar as variáveis ​​do sistema. Eles muitas vezes morrem ou ficam dormentes quando expostos a muita luz, flutuações de temperatura, flutuações na salinidade e pH, bem como muitas outras mudanças em seu ambiente.

Bactérias nitrificantes em aquaponia

O equilíbrio percebido entre o pH e a eficiência de nitrificação foi baseado na suposição de que a atividade de nitrificação em sistemas aquapônicos era principalmente uma função de dois grupos diferentes de bactérias: Nitrosomonas spp., e Nitrobacter spp.

Em testes de laboratório, essas espécies bacterianas têm mostrado sensibilidade ao pH, com mudanças no pH afetando sua capacidade de oxidar amônia (Nitrosomonas) e nitrito (Nitrobacter). Lembre-se de que a maioria das bactérias nitrificantes (estudadas até agora, pelo menos) não lidam bem com a mudança de variáveis ​​ambientais. É importante saber por dois motivos:

1. Mudar seu pH rapidamente reduzirá sua eficiência de nitrificação.
2. A maioria dos nitrificadores é muito difícil de remover do ambiente e da cultura em um laboratório.

Por que eu preciso saber disso?

O que isso tem a ver com o debate sobre nitrificação? Nós vamos, o ponto nº 1 nos diz que talvez muitas das “falhas do sistema” atribuídas à execução de um sistema com pH muito baixo podem, na verdade, ser atribuídas à redução do pH do sistema muito rapidamente. O ponto # 2 nos diz que Nitrosomonas e Nitrobacter podem não ser realmente o maioria nitrificadores importantes em sistemas - eles são simplesmente os grupos mais fáceis de isolar e crescer em uma placa de Petri em um laboratório.

O que isto significa?

Basicamente, significa que as regras rígidas e rápidas de nitrificação podem não ser tão rígidas e rápidas como normalmente são comunicadas. Existem muitos sistemas por aí executando faixas de pH muito baixas com grande eficiência de nitrificação (incluindo o nosso). Pode ser que as espécies Nitrosomonas e Nitrobacter sejam os nitrificadores primários em nosso sistema, mas a realidade é que simplesmente não sabemos. O que sabemos é que nossa nitrificação é eficiente e excelente, independentemente do pH do nosso sistema.

Nitrificação no solo

Para colocar isso em perspectiva, existem muitos solos ácidos e ambientes marinhos em todo o mundo onde a nitrificação ocorre em faixas de pH notavelmente baixas. Muitos dos nitrificadores nesses ambientes não são membros dos grupos Nitrobacter ou Nitrosomonas. Muitos deles são desconhecidos. Em uma única pá de solo, há uma estimativa de 10, 000 espécies diferentes de bactérias ou quase o dobro do número de bactérias atualmente conhecido pela ciência.

Com aquilo em mente, Eu acho que não é apenas possível, mas é provável que existam algumas bactérias bastante interessantes desempenhando funções nitrificantes em sistemas aquapônicos ao redor do mundo.

Confira nosso vídeo BSA detalhando a área de superfície biológica - indiscutivelmente o elemento de design de sistema mais importante que promove a nitrificação.

Nitrato

Em todo o caso, o produto final é nitrato (NO3-). Algumas plantas podem absorver amônio e usá-lo. Contudo, a maioria prefere nitrato. Em sistemas onde há excesso de amônio, as plantas podem tender a ser mais leggings e frequentemente menos vendáveis. Por outro lado, em sistemas com muitos nitratos, os problemas com pulgões e outras pragas podem ser mais dramáticos, exigindo mais intervenção. Portanto, esteja ciente de que os sistemas com muitos nitratos podem ter problemas crescentes com pragas.

Nitrato, nitrito, e os níveis de amônia podem ser testados facilmente com um kit de teste de água doce, como este. O nitrato se dissolve na solução e é competido instantaneamente por bactérias, fungos, algas e outras plantas. Todos esses organismos estão absorvendo nitrato e usando-o em seus tecidos. Como a bactéria, fungos, e as algas morrem, esse nitrogênio (geralmente na forma de proteína) entra novamente no sistema e o ciclo começa novamente. Muito do nitrato, Contudo, está entregue, São e salvo, para a zona raiz, onde as plantas em seu sistema o pegam e o usam para crescer.

Níveis ideais de nitrato

Embora seja perigoso ter níveis de amônia ou nitrito muito acima de 2 ppm e 1 ppm, respectivamente, nitrato pode freqüentemente funcionar bem acima de 100 ppm (bem fora do gráfico para muitos testes de nitrato) sem representar uma ameaça para seus peixes. Muitos sistemas hidropônicos funcionam com nitrato na faixa de 160 ppm. As plantas muitas vezes podem apreciar níveis ainda mais altos do que isso, mas o produtor aquapônico deve encontrar um equilíbrio entre as necessidades dos peixes, a ecologia do sistema (incluindo pragas), e as necessidades das plantas. Por esta razão, Eu recomendo que a maioria dos produtores aquapônicos atire para manter seu nitrato na faixa de 40-80 ppm para o bem, crescimento consistente da planta.

Manter faixas de nitrato consistentes

Muitos sistemas têm dificuldade em manter os níveis de nitrogênio, especialmente à medida que o sistema amadurece, as plantas ficam grandes e a ecologia do sistema torna-se mais complexa. Isso pode exigir que a alimentação seja aumentada para atender ao aumento da demanda. Muitas pessoas desejam inicialmente aumentar a densidade de estocagem, mas isso geralmente é um erro. Em vez de, aumentar as taxas de alimentação (mas não overfeed!), e veja se níveis mais altos de nitrato podem ser alcançados com a mesma quantidade de peixe.

Como identificar uma deficiência de nitrogênio

Uma vez que o nitrogênio é um nutriente móvel (é direcionado para diferentes locais dentro da planta), as deficiências afetam primeiro o crescimento mais velho. Os sintomas de deficiência são clorose total sem um padrão na folha e crescimento atrofiado. Leia nosso Guia para iniciantes em deficiências nutricionais para obter mais informações.

N-P-K

Além de ração para peixes, o nitrogênio entra no sistema por meio de fertilizantes. Quase todos os fertilizantes têm uma classificação NPK informando as concentrações relativas de nitrogênio, fósforo, e potássio (nessa ordem). Para o crescimento vegetativo (o crescimento dos caules, sai, e raízes), o nitrogênio é mais necessário do que qualquer outro nutriente mineral.

Conclusão

De muitas maneiras, o nitrogênio é o nutriente vegetal mais importante, mas também o mais simples. O próximo nutriente em nossa lista é o ferro - um nutriente enjoativo, mas importante.