Der Stickstoffkreislauf im Aquarium

Der Stickstoffkreislauf als Thema des Leistungsfachs Biologie in der Oberstufe¹ kann sehr gut exemplarisch anhand eines (Kampffisch-)Aquariums erarbeitet werden. Dies bietet ein problemorientiertes Setting, welches das Ausbilden eines funktionalen Verständnisses erleichtert. Zusammen mit dem bevorstehenden Einzug eines Kampffisches ist dieses Beispiel in hohem Maße motiviernd, da ein funktionierendes Ökosystem für den Fisch geschaffen werden muss und in der Einfahrphase eines solchen Aquariums der Stickstoffkreislauf erst von neuem in Gang kommen muss. Die Schüler*innen können ihr theoretisches Wissen durch das Aquarium direkt von Begnn an praktisch verknüpfen. Dazu hat 

Birgit Prüß bereits einen Unterrichtsgang entwickelt, bei dem das selbstständige Erarbeiten der zentralen Prozesse im Stickstoffkreislauf durch Guppenarbeitsphasen im Zentrum steht². Dabei werden unter anderem aquatische und terrestrische Systeme gegenüber gestellt. Dies macht auch die Rolle des Menschen bei der Pflege eines Aquariums deutlich, wodurch die Schüler*innen eine aktive Rolle einnehmen und ein Gefühl der Selbstwirksamkeit erzeugt werden kann.

Präkonzepte werden durch den Bezug zu den Filterbakterien im Aquarium direkt addressiert: Der Filter erfüllt keine rein mechanische Funktion, außerdem sind Nitrosomonas und Nitrobacer ein perfektes Beispiel für ein nützliches Mikrobiom außerhalb des eigenen Körpers (welches vielleicht noch eher geläufig sein könnte).

 

Vergleich eines terrestrischen mit einem aquatischen Ökosystem².

  

 

Zur gleichzeitigen Förderung der Erkenntnisgewinnungskompetenz³ bietet es sich an, während der Einfahrphase des Aquariums regelmäßig die Wasserwerte zu messen und auszuwerten. Dabei können selbst mithilfe simpler Teststreifen erstaunlich gute Ergebnisse erzielt werden, wie die beispielhaft aufgenommene Messreihe zeigt, wobei für diese Zielsetzung genauere (digitale) Messmethoden natürlich noch ertragreicher wären. 

 

Eigene Messwerte von Nitrat und Nitrit während der Einfahrphase eines Kampffischaquariums.
Die Werte wurden mit JBL Teststreifen aufgenommen (Bild siehe Blogeintrag zur Umsetzung in der Praxis) und liefern daher nicht so präzise Ergebnisse wie mit einer digitalen Messung. 
Der zeitlich verzögerte Abfall des Nitrat durch die Umwandlung von Nitrit in Nitrat ist gut erkennbar.

 

Man kann gut erkennen, wie nach etwa einer Woche der Nitrat- und Nitritgehalt im Wasser stark ansteigt. Beim Abfall der Werte ist eine leichte Verzögerung der beiden Parameter sichtbar, sodass der Nitritwert zuerst sinkt, bevor auch der Nitratwert vollständig absinkt. Dadurch wird der Umwandlungsprozess von Ammonium über Nitrit und anschließend Nitrat im Experiment deutlich gemacht. 

1. 1 Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg (2022). Bildungsplan Biologie 2016 – Überarbeitete Fassung (V2) vom März 2022. Online-Fassung, verfügbar über Lehrerfortbildung BW.
2. 2 Prüß, B. M. (2023). My Fish Tank: An Active Learning Activity for Bacterial Nitrogen Metabolism. CourseSource, 10. https://doi.org/10.24918/cs.2023.36
3. 3 Kultusministerkonferenz (KMK) (2020). Bildungsstandards im Fach Biologie für die Allgemeine Hochschulreife. Beschluss vom 18.06.2020. https://www.kmk.org/fileadmin/Dateien/veroeffentlichungen_beschluesse/2020/2020_06_18-BildungsstandardsAHR_Biologie.pdf