การสะสมของ ไนไตรท์

ไนโตรเจน และสารประกอบไนโตรเจน (N)
ไนโตรเจนมีความสำคัญต่อระบบนิเวศน์วิทยาของแหล่งน้ำมาก เพราะเป็นส่วนประกอบของอินทรีย์สารหลายชนิด ที่มีความสำคัญต่อความเป็นอยู่ของพืชและสัตว์ เช่น เป็นส่วนประกอบของ โปรตีน และไขมันบางชนิด ไนโตรเจนเมื่อเข้าสู่แหล่งน้ำแล้ว จะถูกเปลี่ยนให้อยู่ในรูปสารประกอบหลายรูป ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับพืช, สัตว์ และ สภาพแวดล้อมภายในแหล่งน้ำนั้นอย่างมาก

เมื่อสารประกอบไนโตรเจนเข้ามาอยู่ในระบบนิเวศน์ของแหล่งน้ำแล้ว จะเกิดขบวนการเปลี่ยนแปลงสภาพจากสารอินทรีย์ไนโตรเจน (Organic nitrogen) ที่พบมากในโปรตีน ซึ่งพืช และสัตว์สามารถนำไปใช้ในการดำรงชีวิต และการเจริญเติบโต ไปเป็นสารอนินทรีย์ไนโตรเจน (Inorganic nitrogen) ได้แก่ ไนเตรท (NO3-), ไนไตรท์ (NO2-), แอมโมเนีย (NH3+) และ ก๊าซไนโตรเจน (N2) และจากสารอนินทรีย์ ไปเป็นสารอินทรีย์ กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นได้ทั้งปฏิกริยาทางเคมี ที่ไม่มีหรือมีสิ่งมีชีวิตเป็นผู้ดำเนินการก็ได้ ปฏิกริยเคมีที่มีสิ่งมีชีวิตเป็นผู้ดำเนินการ ได้แก่ การรับเข้าทางชีวภาพ (Biological assimilation) การย่อยสลาย (Decomposition) ซึ่งเกิดเป็นวงจร จากนั้นไนโตรเจน จะถูกออกไปจากระบบโดยการ เปลี่ยนสารประกอบไนโตรเจน ให้เป็นก๊าซไนโตรเจน (Denitrification)

สารประกอบไนโตรเจนที่ถูกสังเคราะห์แล้ว และถูกใช้ไปโดยพืชหรือสัตว์ ซึ่งอยู่ในรูปสารประกอบอินทรีย์ สารประกอบอินทรีย์ไนโตรเจนที่ถูกปล่อยออกมาในน้ำ เช่น ขี้กุ้ง เศษอาหาร ซากแพลงค์ตอน จะถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ และเชื้อราบางชนิด เป็นการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน (aerobic condition) สารประกอบอินทรีย์ไนโตรเจน จะถูกย่อย ได้เป็นแอมโมเนีย (NH3) ด้วยกระบวนการที่เรียกว่า Ammonification

จากนั้น แอมโมเนียจะถูก oxidized อีกขั้นหนึ่งโดย Nitrifying bacteria ซึ่งได้แก่แบคทีเรียในสกุล Nitrosomonas แบคทีเรียชนิดนี้ สามารถใช้ แอมโมเนีย (NH3) แล้วเปลี่ยนให้เป็น ไนไตรท์ (NO2-) อย่างไรก็ตาม ไนไตรท์ (NO2-) อาจเกิดจากปฏิกริยา reduction ของ ไนเตรท (NO3-) โดยสาหร่ายเซลล์เดียวในสกุล Chlorella ซึ่งสามารถลดออกซิเจนในไนเตรทได้ ไนไตรท์ (NO2-) จะถูกเปลี่ยนให้เป็น ไนเตรท (NO3-) โดยการเติมออกซิเจน ซึ่งแบคทีเรียที่สามารถใช้ไนไตรท์ ได้แก่แบคทีเรียในสกุล Nitrobacter พืชสามารถใช้ ไนเตรทในการเจริญเติบโต และใช้ในการสังเคราะห์โปรตีน ในแหล่งน้ำที่มีไนเตรทสูง อาจทำให้มีการเพิ่มปริมาณของพืชน้ำ อย่างรวดเร็ว (Eutrophication) และเป็นสาเหตุทำให้สัตว์น้ำได้รับผลกระทบ จากการที่ปริมาณออกซิเจนลดลง ในเวลากลางคืน มีแบคทีเรียที่สามารถเปลี่ยน ไนเตรทให้อยู่ในรูปของ ก๊าซไนโตรเจน (N2) คือ Dinitrifying bacteria ภายใต้ภาวะที่ไม่มีออกซิเจน จากนั้นจึงปลดปล่อย N2 สู่แหล่งน้ำ และระเหยออกไปสู่บรรยากาศ

ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน และมีสารอินทรีย์คาร์บอนไม่เพียงพอ แทนที่แบคทีเรียในกลุ่ม Denitrifier เช่น Pseudomonas, Alkaligenes และ Vibrio จะทำให้เกิดไนโตรเจน ซึ่งเป็นผลผลิตสุดท้าย แต่จะทำให้เกิดไนไตรท์แทน ซึ่งหมายความว่าปฏิกริยาที่เกิดขึ้นนั้นไม่สมบูรณ์

ไนไตรท์ เกิดขึ้น ได้อย่างไร ?
ไนไตรท์ เกิดจากการเปลี่ยนรูปทางเคมี ของสารประกอบไนโตรเจน โดยกิจกรรมของจุลินทรีย์กลุ่ม คีโมออโต้โทรป (Chemoautotroph) ที่สามารถดึงออกซิเจนออกจากสารประกอบไนโตรเจน (ไนเตรท) มาใช้เพื่อการดำรงชีพ ในกรณีที่ขาดออกซิเจน หรือออกซิเจนไม่เพียงพอ จนทำให้เกิดการสะสมของไนไตรท์

การสะสมของของเสีย เช่น ขี้สัตว์น้ำ เศษอาหารเหลือ เนื่องจากการให้อาหารมากเกินไป, ซากสิ่งมีชีวิตเล็กๆเหล่านี้ เป็นแหล่งของสารประกอบไนโตรเจน ที่ทำให้เกิดไนไตรท์ขึ้นภายในบ่อเลี้ยงได้

เรียนรู้วัฎจักรไนโตรเจน
http://courseware.rmutl.ac.th/courses/58/data3/13_1_1.htm

การสะสมของ ไนไตรท์ เกิดขึ้น เนื่องจาก
1. ขบวนการ ไนตริฟิเคฃั่น (Nitrification) ที่ไม่สมบูรณ์ เนื่องจาก ขาดออกซิเจน และความไม่สมดุลย์ของสัดส่วนระหว่าง คาร์บอน กับ ไนโตรเจน (C : N ratio)
2. ขบวนการ ดีไนตริฟิเคชั่น (Denitrification) ที่ไม่สมบูรณ์ เพราะขบวนการ Denitrification ที่จะเกิดขึ้นได้อย่างสมบูรณ์ในสภาวะตามธรรมชาติเป็นไปได้ยาก เนื่องจากจำเป็นต้องอาศัยปัจจัยประกอบหลายๆ อย่าง โดยเฉพาะการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระบบ ต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก เพื่อดึงอิเลคตรอนออก (Electron Transfer System; ETS) จึงเกิดการสะสมของไนไตรท์ขึ้นNO3- ----> NO2- ----> NO ----> N2O ----> N2
3. ขบวนการ ไนเตรท รีดักชั่น (Nitrate reduction) ในสภาวะการขาดออกซิเจนที่พื้นบ่อ จะมีจุลินทรีย์บางชนิด สามารถดึงออกซิเจน จากไนเตรท มาใฃ้ จนเกิดเป็น ไนไตรท์ และมีการสะสมเกิดขึ้นNO3- + 2e- + 2H+ -----> NO2- + H2O

ผลกระทบเนื่องจาก ไนไตรท์ (NO2-)
สารประกอบไนโตรเจน เช่น โปรตีน เป็นแหล่งอาหารที่สำคัญของสัตว์น้ำ การให้อาหารในปริมาณที่มากเกินไป จะทำให้เกิดการสะสมของของเสีย ซึ่งของเสียที่สะสมอยู่บริเวณพื้นบ่อ จะถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ ในภาวะที่ ออกซิเจนไม่เพียงพอ หรือขาดออกซิเจน การย่อยสลายนั้น จะทำให้เกิดการสะสมของ แอมโมเนีย และ ไนไตรท์ จากการตรวจวิเคราะห์น้ำ ในบ่อเลี้ยง พบว่าเกิดการสะสมของไนไตรท์ในปริมาณมาก จนเป็นอันตรายต่อสัตว์น้ำ และสิ่งแวดล้อมภายในแหล่งน้ำ

ไนไตรท์ มีคุณสมบัติในการจับกับเม็ดเลือดได้เร็วกว่า ออกซิเจน จึงทำให้สัตว์น้ำ ใช้ออกซิเจนที่ละลายน้ำได้น้อยลง ซึ่งสัตว์น้ำต้องใช้ออกซิเจน ในขบวนการเผาผลาญอาหาร (metabolism) เพื่อการดำรงชีวิต และการเจริญเติบโต แต่เนื่องจาก ไนไตรท์ ทำให้น้ำนั้นไม่เหมาะสม ต่อการเจริญเติบโตของสัตว์น้ำ

ปัญหาจากพิษของ ไนไตรท์ ที่พบในบ่อ
1. ประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนก๊าซออกซิเจน และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ลดลง
2. ทำให้การขนถ่ายออกซิเจน ในเลือดลดลง
3. พิษของไนไตรท์ เป็นอันตรายต่อเหงือก ทำให้เกิดความระคายเคืองบริเวณซี่เหงือก เป็นสาเหตุทำให้เกิดการติดเชื้อได้ง่าย
4. พิษของไนไตรท์ ทำให้ระบบการหายใจผิดปกติ ต้องหายใจถี่ขึ้น
5. ทำให้สูญเสียระบบการขับถ่ายน้ำ และเกลือแร่จากร่างกาย ทำให้ร่างกายอ่อนแอ
6. การเจริญเติบโตลดลง เนื่องจากขบวนการเผาผลาญอาหาร ภายในร่างกายมีประสิทธิภาพลดลง
7. ปัญหาเนื่องจาก พิษของไนไตรท์ มีผล ทำให้ไม่โต
8. ความเป็นพิษของไนไตรท์ ขึ้นอยู่กับค่าของ คลอไรด์ (Cl) ไนไตรท์จะอยู่ในระดับที่ปลอดภัยเมื่ออัตราส่วนของ ไนไตรท์ : คลอไรด์ เท่ากับ 1: 6
9. ในน้ำที่มี ไนไตรท์สูง ทำให้ขาดออกซิเจน เนื่องจากไนไตรท์ เข้าไปทำปฏิกริยาแทนที่ออกซิเจนในกระแสเลือด ทำให้ความสามารถของเซลล์เม็ดเลือดแดง ในการขนส่งออกซิเจนถูกทำลาย
10. ในน้ำที่มี ไนไตรท์สูงกว่า 0.15 ppm พบว่า สัตว์น้ำป่วย และติดเชื้อโรคต่างๆ ได้ง่าย
11. สัตว์น้ำที่ได้รับพิษจาก ไนไตรท์ ในระยะแรกๆ จะมีความเสียงต่อการเกิดโรค
12. น้ำในบ่อเลี้ยงที่มีระดับของ ไนไตรท์ สูงกว่า 1.0 มิลลิกรัม/ลิตร (> 1 ppm) ไม่ควรนำมาเลี้ยงสัตว์น้ำ

การป้องกัน และแก้ไขปัญหาที่เกิดจาก ไนไตรท์
1. การถ่ายน้ำ เป็นการแก้ปัญหาเบื้องต้นที่ดี แต่ในระบบการเลี้ยงที่มีการถ่ายน้ำน้อย จะทำให้มีของเสียสะสมอยู่ในปริมาณมาก จนเป็นอันตราย
2. การจัดการพื้นบ่อที่เหมาะสม ควรทำความสะอาดพื้นบ่อให้สะอาด เพื่อกำจัดของเสียออกจากพื้นบ่อให้มากที่สุด
3. ไม่ควรปล่อยสัตว์น้ำหนาแน่นมากเกินไป
4. ควรควบคุมปริมาณการให้อาหาร โดยไม่ควรให้มีอาหารเหลือตกค้าง
5. ควรมีออกซิเจนในบ่อ ในปริมาณที่มากพอ การให้อากาศ และการหมุนเวียนของน้ำ จะเป็นตัวช่วยให้ก๊าซพิษต่างๆ ถูกกำจัดออกไปจากบ่อได้ง่ายขึ้น
6. การใช้สารให้ออกซิเจน เพื่อป้องกันการสะสมของไนไตรท์ และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของจุลินทรีย์ในการย่อยสลายของเสีย
7. ในกรณีที่มีการสะสมของไนไตรท์ ภายในบ่อจนถึงระดับที่เป็นอันตราย ควรใช้สารเคมีที่มีคุณสมบัติลดปริมาณไนไตรท์ได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งต้องเป็นสารเคมีที่มีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม และไม่มีสารตกค้าง หลังจากนั้นควรมีการจัดการ เพื่อป้องกันการสะสมของไนไตรท์ ที่อาจจะเกิดขึ้นได้อีก โดยการรักษาระดับของออกซิเจนที่พื้นบ่อ

ที่มา : http://www2.se-ed.net/shrimpzone/research/article/research_nitrogen_effect.htm