Stickstoffkreislauf - Wieso benötigt man Bakterien in der Aquaponik?

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In der Aquaponik ist die Stickstoffversorgung der Pflanzen von zentraler Bedeutung, da keine Düngemittel von außen in den Kreislauf eingebracht werden sollen. Zunächst gelangt der Stickstoff durch das Fischfutter in das System und wird größtenteils von den Fischen aufgenommen. Die Ausscheidungen der Fische und nicht gefressene Futterreste beinhalten Ammoniak (NH₃) und Ammonium (NH₄⁺). Während Ammonium den Pflanzen bereits als Stickstofflieferant dienen kann, ist Ammoniak schädlich für das Kreislaufsystem, weil es nicht von den Pflanzen verwertet werden kann und für Fische giftig ist. Um diesen Nährstoff pflanzenverfügbar zu machen, werden Bakterien benötigt. Ammoniak und Ammonium werden in einem Nitrifikation genannten Schritt von Bakterien zunächst in Nitrit (NO₂) und anschließend in Nitrat (NO₃) umgewandelt. Nitrit hat die gleichen Auswirkungen auf das System wie Ammoniak, stellt aber bei ausreichend vorhandenen Bakterien aufgrund der schnellen Oxidation zu Nitrat keine Gefahr für das System dar.

Die Bakterien bilden einen Biofilm auf festen Oberflächen. Bei einer Aquaponikanlage bietet poröses Substrat im Pflanzbeet oder ein Biofilter den notwendigen Lebensraum. Das Nitrat wird von den Pflanzen aufgenommen und gebunden. Anschließend ist die Konzentration der Stickstoffverbindungen im Wasser stark reduziert, sodass das Wasser zurück zu den Fischen geleitet werden kann. Mit der Entnahme von Fischen und Pflanzenteilen verlässt der Stickstoff endgültig das System.

Stickstoff ist zwar einer der wichtigsten Nährstoffe für Pflanzen, aber natürlich nicht der einzige. Mit anderen Nährstoffen verhält es sich ähnlich, sodass ein gesunder Biofilm in einer Aquaponikanlage unerlässlich ist. Es kann übrigens mehrere Wochen bis sich dieser bei einer neuen Aquaponikanlage gebildet hat. Bis dahin muss besonders darauf geachtet werden, dass der Stickstoffgehalt im Wasser keine Gefahr für die Fische darstellt.

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In aquaponics, the nitrogen supply for plants is of central importance, as external fertilizers are not intended to be introduced into the cycle. Nitrogen first enters the system through fish feed, with most of it being absorbed by the fish. Fish waste and uneaten feed contain ammonia (NH₃) and ammonium (NH₄⁺). While ammonium can already serve as a nitrogen source for plants, ammonia is harmful to the system because it cannot be utilized by plants and is toxic to fish. To make this nutrient available to plants, bacteria are required. In a process called nitrification, bacteria first convert ammonia and ammonium into nitrite (NO₂), and then into nitrate (NO₃). Nitrite has the same harmful effects on the system as ammonia, but with a sufficient number of bacteria, it poses no danger due to its rapid oxidation into nitrate.

The bacteria form a biofilm on solid surfaces. In an aquaponics system, porous substrate in the plant bed or a biofilter provides the necessary habitat. The plants absorb and bind the nitrate. As a result, the concentration of nitrogen compounds in the water is significantly reduced, allowing the water to be recirculated back to the fish. When fish and plant parts are removed from the system, the nitrogen permanently exits the cycle.

Nitrogen is one of the most important nutrients for plants, but it is not the only one. Other nutrients behave similarly, making a healthy biofilm essential in an aquaponics system. It can take several weeks for this biofilm to form in a new aquaponics setup. Until then, special care must be taken to ensure that the nitrogen content in the water does not pose a threat to the fish.