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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