2015-十二月-27

硝化菌

Nitrosomonas對於水草缸或是魚缸有所了解的人大約都知道「養魚之前要養水」這個道理, 其中的一個關鍵就是在於建立硝化系統, 而硝化菌就是其中的要角了 (Nitrosomonas & Nitrobacter)。

要了解硝化菌的重要性與其在水族養殖中存在的價值, 就不得不提到氨, 氨的化學式為 NH3, 其實就是一般俗稱的阿摩尼亞。氨是一種無色剌激性的氣體, 極易溶於水, 以人體本身來說, 消化蛋白質之後產生的主要代謝物就是氨了, 人體再經由肝臟的作用把氨轉化為尿素, 再排出體外, 如果肝的功能下降, 無法有效的將氨轉換代謝掉的話 (也就是解毒), 在嚴重的情況下, 進入腦細胞的氨會引起肝昏迷, 將會對人體造成很大的危害。

NH3

同樣的, 在一個人工的水族生態系統中, 透過放養的活體、餵食的飼料、魚蝦的排泄物, 經過正常的生態循環之後, 就會在水族箱中產生氨, 而氨因為極易溶於水, 又十分的穩定, 因此在水族箱中會持續不斷的累積, 在濃度不斷的上升之下, 氨會干擾魚類的滲透壓調節系統,破壞魚鰓黏膜,降低紅血球攜帶氧氣的功能, 我們放養的魚蝦活體很快的就會因為高濃度的氨而中毒了。

經常換水有助於降低水族箱中累積的氨, 不過這是治標不治本的方法, 正常的方法是要建立水族箱中的硝化系統, 因為硝化菌進行硝化作用時會消耗掉氨, 硝化菌在進行硝化作用時, 會利用轉化氨的化學能來同化二氧化碳與水, 再產生有機物, 硝化作用分成兩個階段, 由兩種不同的硝化菌族群來作用, 其化學式如下:

第一階段:亞硝酸菌(Nitrosomonas)將氨氧化為亞硝酸鹽,稱之為亞硝酸化作用
2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O

第二階段:硝化細菌(Nitrobacter)將亞硝酸氧化為硝酸鹽,又稱為硝酸化作用
2NO2- + O2 → 2NO3-

其實, 硝化菌的硝化作用(Nitrofication)與植物的光合作用(Photosynthesis)很類似, 只不過植物是利用光能來把二氧化碳與水轉化成有機物而已。

植物也會吸收氨來轉化成為氮肥, 因此也可以間接消耗掉氨, 這也就是為什麼新的魚缸先把水草養好, 再來放魚比較容易成功的道理, 因為這會減輕硝化系統在初期還無法大量處理掉氨的壓力, 硝化菌每繁殖一代需要 24~36小時的時間, 生長繁殖的速度其實很慢。

Nitrification-2

影響硝化作用的四個條件是溶氧、溫度、PH值與光線。

硝化菌在進行硝化作用時會需要大量氧氣, 因此也屬於好氧的細菌,如果水族缸中的溶氧不足的話, 除了立即對活體產生影響, 其實也會抑制硝化菌的作用, 這是需要注意的。

溫度愈高愈有利於硝化作用, 一般來說, 35 ~ 40 度C 是硝化菌活性最旺盛的溫度, 但是在低於5度、高於42度的溫度時, 硝化作用會完全停止, 考慮到溫度愈高、水中溶氧愈低等等的條件限制, 一般認為以 20 ~ 30 度C這個範圍是較適宜水族養殖中的硝化菌發揮最大作用的。

水的PH值來說的話, 硝化作用其實在中性或是鹼性環境下會比較有效率, 這其實是因為在此條件之下的氨濃度會較高之故, 因此比較適合硝化作用的PH值是 7.0 ~ 8.0 之間, 略為超過此一範圍時硝化作用會減慢, 而PH值若是低於 6.0 或是高於 9.6 的條件之下硝化作用會完全中止。另外, 硝化作用因為會產生硝酸鹽, 因此會對水質略微產生酸化作用, 這是正常反應。

生態上硝化細菌有避光現象, 因為光線會對硝化細菌的生長及繁殖有或多或少的傷害, 所以如果培菌的圓桶是放在不見光的櫃子中的話多少會對硝化菌的生存比較有利。另外,紫外線會傷害硝化細菌, 因此如果有裝設 UV殺菌燈時, 通常會佈設在整個水路循環的最末端, 也就是靠出水的最後一段才不會傷及無辜。

Biological-Filter

最後, 硝化菌在水族缸中的棲所,最主要是底砂床及過濾系統。過濾系統提供了硝化菌可以附著的表面積而水的流動帶動了養分、氧氣、氨、CO2等的供給, 因此, 想要增加硝化菌數量的話, 除了增設前置桶增加培菌容量之外, 選擇好的陶瓷環或是石英球將會有利於硝化菌的棲身與繁殖。

Bio-Digest-2

如何在新設缸時培養出硝化菌呢 ?? 大致有下列幾個方法:

  1. 經由舊的水族濾材、底砂作為菌種來源
  2. 購買現成活菌製劑
  3. 經由少量魚蝦活體慢慢培養

從我的經驗來說, 我在新設缸時是混用了其中第2、3兩種方法。試水的魚蝦方面選用低價水晶蝦與工作魚, 硝化菌製劑則選用了目前口碑最好的法國 Bio Digest 50億活菌製劑, 在確定硝化系統已經建立之後, 我才放養我的主力魚種的, 這可以保證奈米缸中的生態系統足以支持魚蝦在其中健康的成長。

 

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