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A necessária presença do nitrogênio em sistemas aquáticos. Autor: Biól. Helcias Bernardo de Pádua e.mail; helcias@pescar.com.br tel.0 xx-3078. 0603/1120 *O nitrogênio é um elemento muito importante em sistemas aquáticos, sendo vital como macronutriente; é a chave para a formação de aminoácidos e consequentemente das proteínas, estas, constituintes dos enzimas e componentes estruturais das paredes das células. Sem o elemento N (nitrogênio) não existe vida. *Ele se encontra na água sob três compostos: gás dissolvido, combinações inorgânicas e orgânicas, sendo fixado na forma molecular pelas bactérias e cianofíceas, mas todas tendo enorme importância na cinética das águas e do solo. Para tanto é necessário que ocorra, concomitantemente, o processo físico, o químico e o biológico, com interação das suas variáveis como, temperatura, luminosidade, alcalinidade, fotossíntese, oxidação, presença de certos microrganismos e a não presença e/ou em níveis abaixo dos limitantes, de certos metais, compostos halogenados, etc. 1. Introduçào. O correto conhecimento das várias fases do seu ciclo e acertadas atitudes durante o tempo de criação dos organismos aquáticos, deve fazer parte da rotina de qualquer produtor, caso queira ter sucesso no seu empreendimento. Por exemplo, o inadequado manejo na ocasião do escoamento do fundo de um tanque, ou devido à construção incorreta do sistema de lançamento de suas águas, ou até da sua inexistência, ocasionam mortandades de organismos, o que advém do arraste e revolvimento da camada mais profunda, portanto menos oxigenada e rica de substâncias tóxicas, estas oriundas dos processos biogeoquímicos naturais (oxidação, pH, ciclo do fósforo, do carbono, do cálcio, etc.), favorecendo a formação e acumulo de nitritos, nitratos, ácidos orgânicos, sais, CO2, CH4, fenóis, algumas aminas e compostos amoniacais.. Na verdade, deve-se ter em mente que no sistema aquático, inúmeras, complexas e naturais ações ocorrem e deverão sempre ocorrer para se ter o que se chama de sistema em equilíbrio. No caso do ciclo de nitrogênio, essas ações deverão gerar substâncias como amônia orgânica e inorgânica, nitrito, nitrato e o próprio nitrogênio na sua forma mais simples. Portanto, essas ocorrências devem sempre ser tomadas como as mais naturais possíveis, embora sejam extremamente específicas. Inúmeros são os microorganismos que podem produzir compostos amoniacais, nas suas mais diversas formas, mas somente uns poucos atuam no processo de nitrificar, ou seja, participar da oxidação biológica do nitrogênio amoniacal para nitrito e a seguir para nitrato. São eles os pertencentes aos gêneros de bactérias nitrificantes, como as Nitrosomonas, Nitrobacter, Nitrosococcus, Nitrospira e Nitroococcus, sendo autótrofas, o que significa que seu crescimento não depende da matéria orgânica, e até podendo se utilizar de compostos como o dióxido de carbono (CO2) satisfazendo assim suas necessidades quanto ao carbono ou usar a luz e compostos inorgânicos para obter energia. Alguns organismos tidos heterótrofos, ou seja que necessitam da matéria orgânica para o crescimento e reprodução, podem nitrificar, porém são uma minoria. 2. O ciclo do nitrogênio. Ocorre sob três estágios distintos: nitrificação, desnitrificação e amonificação. 2.1. - Nitrificação.
Se dá em duas fases, na presença de microorganismos autótrofos quimiosintetizantes e em pH pouco alcalino: a nitrosação com as bactérias Nitrosomonas e a nitratação com as Nitrobacter. Então a reação NH4+ (amônia) + O2 (gás oxigênio), na presença de bactérias (nitrosomonas), resulta o NO2 (nitrito) + H (hidrogênio) + H2O (água); o H + NO2, dependendo da temperatura e pH baixo, pode resultar em HNO2 (ácido nitroso), mas em situação de equilíbrio o NO2 + O2 na presença das bactérias (nitrobacter), resulta em NO3(nitrato). Assim: NH3 + H2O ¬ ® NH4+ + OH
Nitrosomonas spp 2NH4+ + 3O2 ® 2NO2- + 4H+ + 2H2O Nitrobacter spp 2NO2- + O2 ® 2NO3- A amônia orgânica (NH3), oriunda da degradação da matéria orgânica, é muito tóxica para organismos aquáticos, porém sendo a forma ideal no processo de oxidação das águas; já o NO2 (nitrito) é tóxico em altos níveis e carcinogenico quando fizer parte de certos compostos (ação sinergica, ou seja, um composto aumentando a ação tóxica do outro), sendo por isso importante procurar-se manter o nitrogênio na forma mais adequada, nas águas. Sem dúvida alguma é melhor ter-se o nitrogênio em estado de nitrato (NO3), por ser de imediata assimilação pelos organismos, como as algas, a princípio não sendo tóxico, e também servindo como fonte alternativa de oxigênio e nitrogênio para a vida, durante períodos de baixa concentração de O2 , no caso, durante a noite. O íons amônio-NH4+ é o primeiro produto não orgânico liberado na amonificação(NH3 + H2O ® NH4+ + OH-), sendo oxidado pelas nitrosomonas, produzindo o íons nitrito-NO2 ,(pouco solúvel e tóxico) que posteriormente é oxidado pelas nitrobactérias, transformando em íons nitrato-NO3. Não havendo quantidade suficiente de oxigênio, pode ocorrer outro processo como a decomposição de proteínas, produzindo aminoácidos, estes parcialmente desdobrados em amônia, ácidos graxos e ácido carbônico. Alguns aminoácidos sofrem decomposição bacteriana (anaeróbia), produzindo hidrogênio sulfídrico, indol e escatol, exalando odores, resultantes do processo de fermentação (decomposição). A curto prazo e em grandes quantidades do indol e escatol, pode-se obter concentrações tóxicas de fenolis, entre outros, o que ocasiona a morte de organismos nem sempre diagnosticada pelo criador. Outra possibilidade, é a que o nitrato sofra redução para nitrito e amônia. Sob condições quase anaeróbias, a forma NH4+ da amônia, (íons amônio), acumula-se rapidamente, quando de um aumento do grau de decomposição da matéria orgânica, combinada com a excreção dos organismos, podendo criar sérios problemas, dificultando a já ineficiente oxidação do nitrito em nitrato. Problemas respiratórios atingem os organismos, quando em concentração de 0,4 a 1 mg/l -amônia total, na água, sugerindo-se sempre que possível, que a concentração esteja abaixo que 0,2 mg/l. A concentração tolerável da amônia-NH4 (íons amônio), em água, para os organismos aquáticos, não deve ultrapassar 0,5 mg NH4/l e da amônia-NH3, nunca superior a 0,6 mg NH3/l. Num prazo de 24 horas, uma concentração de 0,4 mg/l de NH3, em pH neutro e a 30oC de temperatura, é suficiente para iniciar a morte de peixes medianamente sensíveis. Mortandade, em massa, de organismos aquáticos, tanto de larvas, girinos e imágos de rã; alevinos, juvenis e adultos de peixes, em especial com baixas concentrações de OD, ocorrem em águas com NH3, (forma não ionizada da amônia), igual ou acima de 1,0 mg/l. Deve-se evitar as altas concentrações de amônia total na água, pois ocasionam, por exemplo, uma elevação do pH sangüíneo dos organismos ai presentes. Na oxidação do nitrogênio, o pH considerado aceitável deve estar sempre abaixo de 8 UpH, (a taxa de nitrificação se torna mais constante em pH entre 6.3 - 6.7), com uma margem de 6 até 9 UpH, porém sofrendo inibição a pH menor que 6 UpH e pH maiores de 8,5 UpH. A amônia-NH4 (íons amônio) se tornará cada vez mais tóxica quanto mais alto o pH, sendo ainda pouco ou não volátil, porém menos estável e mais solúvel. Já a amônia-NH3 , que é a forma mais tóxica,embora se formando em baixa concentração,em pH mais baixo é facilmente volatilizável, porém aumentando sua toxicidade a medida do aumento de pH (alcalino), podendo então tornar-se altamente tóxico. Em águas muito alcalinas e com a presença de compostos amoniacais, ocorre a formação de níveis mortais de amônia-NH4+, a fração ionizada, como também da amônia-NH3, a fração não ionizada. Também o aumento da temperatura, acarreta num poder mais tóxico da amônia, evidenciando ser uma variável de efeito sinérgico, fato que deve ser considerado quando da instalação e manejo de sistemas de criação em ambientes fechados, tipo estufa, águas aquecidas e/ou nebulizadas. A nitrificação não ocorre em temperaturas abaixo de 5 graus centígrados e acima de 45 graus, sendo inibida em temperaturas abaixo de 10 graus e acima de 38 graus. Alerta-se aqui que, a pouca ou elevada iluminação (incidência luminosa) inibe diretamente a nitrificação pelos Nitrosomonas em até 100%, portanto, períodos longos com dias nublados, ou alta incidência luminosa, certamente acarretam a maior concentração de formas tóxicas do nitrogênio. Portanto, uma correta circulação da água, um aumento na aeração (oxidação da amônia), uma boa iluminação, um pH ao redor de 7, e a não presença de detritos orgânicos acumulados no fundo dos tanques, evitam problemas com a amônia total. Isso se deve à alta capacidade da amônia passar para nitrito e mais rapidamente para nitrato, quando da presença de oxigênio, (taxa fotossintética ideal). Lembramos também que, são as algas azuis, chamadas de cianofíceas, (Anabaena sp, Nostoc sp, etc.), as responsáveis pela fixação do nitrogênio molecular-N2, em ambientes dulcícolas, porém tais algas podem produzir odor e sabor desagradável e apresentar toxicidade. Na fase inicial do ciclo do nitrogênio, o íons nitrito-NO2 é provavelmente o ânion de forma mais estável nas águas superficiais, porem volátil, sendo considerado de alta toxicidade (sua concentração máxima deve ser de 0,1 mg/l) e efeito mais pronunciado, do que o íons nitrato-NO3, que não apresenta efeitos mais diversos aos organismos, quando em concentrações inferiores à 10 mg/l), mas bem menos volátil e estável. Se tudo ocorrer normalmente, é natural encontrar uma maior fração em forma de nitrato-NO3, que é precisamente a forma mais oxidada, favorecendo uma assimilação maior, por exemplo, do fosfato pelas algas, e caso ocorra uma maior decomposição de matéria orgânica , a concentração relativa de amônia e nitrito será maior, perto do fundo ou em águas profundas onde se encontra o mínimo de oxigênio. A amônia (NH3) e o íon amônio (NH4+),ambos nitrogênio amonico, estarão em equilíbrio na água, com cerca de 99% na forma (NH4 +) em pH neutro, sendo esta forma metabolizada ativamente(nitrificação), como nutriente e incorporada pela bióta, sendo considerada como a fonte mais solúvel de nitrogênio.
Portanto, a nitrificação é um processo que depende de muitas variáveis, como pH, temperatura, oxigênio dissolvido, luminosidade, etc., devendo o produtor (criador) valorizar as mesmas, para que tenha certeza que esta ocorrendo completamente a oxidação da amônia e não o acúmulo de nitrogênados não favoráveis, falta ou excesso de compostos ou formas moleculares necessárias.. Por exemplo, a nitrificação só se inicia quando se deu cerca de 70-80% de redução da matéria orgânica e isso requer uma presença de O.D. igual ou maior que 2,0 mg/l, para que não ocorra qualquer inibição no ciclo de nitrogênio,(o mínimo crítico de 0,5 mg/l). Para oxidar l mg/l de NH3-N (amônia) a NO2 -N (nitrito) são necessários, aproximadamente 3,0 mg/l de oxigênio-O2 , que então para nitrato (NO3 -N) utilizará mais 1,0 mg/l. O2. 2NH4 + 3O2 + ® 2NO2 + 4H+ + 2H2O + Ù Nitrosomona spp 2NO2 + 102 ® 2NO3 + Ù Nitrobacter spp ou seja: NH4+ + 2O2 ® NO3 + 2H+ + H2O + Ù 2.2. -Desnitrificação.
*A desnitrificação, como diz o nome, é essencialmente o inverso do processo de nitrificação, e ocorre em condições exatamente opostas, ou seja, NO3- ® NO2- ® N2O ® N2 . Ao contrário das bactérias fixadoras de nitrogênio molecular, essas bactérias desnitrificantes, partem de compostos já nitrogenados como os nitratos, nitritos e orgânicos nitrogenados (uréia, ácido úrico), para extrair o N2 (nitrogênio). São elas, por exemplo, as Pseudomonas sp que vivem na camada rente ou primeira do solo, (lama), oxidando os compostos orgânicos da seguinte forma: hidrocarbonetos (CH2O), mais nitrato (NO3), resultando em dióxido de carbono- CO2 , mais H2O, mais N2 e energia. Na fixação por bactérias anaeróbias (Pasteurianum sp , etc.) é utilizado o N2, mas também, o plantio de leguminosas às margens dos sistemas aquáticos, retentoras em suas raizes de bactérias simbiontes-fixadoras de nitrogênio, (Rhizobium sp), mostra-se como eficiente método de controle desses compostos nitrogenados, acelerando o início do ciclo a fixação. Essas bactérias, apressam a incorporação da amônia pelo vegetal e às proteínas que produzem. A aquicultura da Fazenda Cacau-Açu., de Pariquera-Açu/SP, confirma, demonstrando expressiva melhora após a utilização desse recurso natural. Lembramos que também são as algas azuis, chamadas de cianofíceas, (Anabaena sp, Nostoc sp, etc.), as responsáveis pela fixação do nitrogênio molecular-N2, em ambientes dulcícolas, porém tais algas podem produzir odor e sabor desagradável e apresentar toxicidade. As cianofíceas fixadoras de nitrogênio são freqüentes nas águas doces mas raríssimas no meio marinho, sendo talvez por isso que o nitrogênio seja considerado um fator limitante e freqüente no meio marinho. Elas, juntamente com outras algas, as diatomáceas, assimilam diretamente o nitrato e a amônia, esta última em maior velocidade. Sob condições de solo recentemente inundado ou condições anaeróbias, certas bactérias utilizam o nitrogênio do nitrato com a mesma finalidade do oxigênio. Elas não utilizam o oxigênio do íon nitrato, entretanto usam o nitrogênio no lugar do oxigênio com a resultante conversão do nitrogênio em formas gasosas, ou seja, N2O-óxido nitroso (gasoso) e N2-nitrogênio elementar (gasoso). *Na ausência do oxigênio, a taxa de desnitrificação torna-se elevada, caso em que os nitratos e nitritos funcionam como captadores e equilibradores (aceptores) do número de elétrons e fornecem o oxigênio para a oxidação de seus compostos orgânicos; porém na presença de oxigênio, esta taxa não é elevada, caso em que as bactérias desnitrificantes usam o gás disponível para oxidar os seus compostos. Uma grande quantidade de compostos orgânicos ricos em carbono oxidável, um pH pouco alcalino e uma certa população de bactérias, favorecem a desnitrificação, quando na falta de oxigênio.
Vejamos: Norg.(aminoácidos, enzimas, ácidos húmicos, fúlvicos, produtos da decomposição e excreção), originam NH4+(N inorg) ou então o NO3-(nitrato) originando a NH4+. Esse processo ocorre, principalmente no substrato e na sedimento dos sistemas aquáticos, na presença de bactérias (Micrococcus sp, Sporosarcina ureia, etc.) e fungos.
origêm: águas residuárias, solo, chuvas, fixação da atmosfera, fertilização. O que são: *N inorg.: NH+4(amônia inorg.); NO-2 (nitrito) ; NO-3 (nitrato) *N org.: aminoácidos; enzimas; ác. húmicos e fúlvicos, produtos de decomposição e excreção. Processos metabólicos - a) nitrificação : NH+4 ® NO-2 ® NO-3 b) desnitrificação : NO-3 ® N3 O ® N3 c) amonificação : NO-3 ® NH+4
Quem são: AMÔNIA : livre : NH3 , tóxica , org. , + volátil ionizada : NH+4 ,(-) tóxica , inorg, - volátil
Distribuição em função do pH pH NH3 NH+4 7,0 1% 99 7,5 2 98 8,0 5 95 8,5 15 85 9,0 36 64 (*) tóx/de 9,5 64 36 10 85 15 tóxica tóxica(*) (*) quanto maior o pH, mais tóxico o NH4 O catabolismos de proteínas leva à formação de amônia (NH3) que, nos peixes teleósteoas, costuma ser eleminada por difusão através das brânquias. A síntese de uréia nos peixes parece estar restrita a um número pequeno de espécies. Sua indução por alterações do meio não é descrita particularmente em teleósteos de água doce no Brasil. São descritas respostas metabólicas de Piaractus mesopotamicus (pacu), frente as variações ambientais de pH. Os resultados obtidos sugerem que a espécie em estudo aumenta a excreção de uréia com o aumento de pH, além de se observar uma redução da amônia plasmática. Verificou-se também um aumento das atividades transaminásicas de GOT e GPT nos tecidos hepático e renal, seguido do aumento da atividade arginástica, nas condições experimentais. Estes dados são sugestivos de excreção de uréia neste teleósteo de água doce como resposta ao aumento do pH ambiental. Louvado sejas, Senhor, pela irmã Água. Ela é muito humilde, útil, preciosa e pura! "Cântico das criaturas" São Francisco de Assis |
