网志图文版： http://aaronmind.blogspot.com/2009/07/blog-post_16.html 进入一个新领域，硕士论文和Google一直是切入的好工具，这篇文章就是我这个养鱼新手 ，爬文章爬出来的心得。 所谓养鱼先养水，养水先养菌，然而这个菌所指为何？要回答这个问题，首先不得不提的 就是氮循环与硝化作用。 鱼缸充斥着含氮的有机污物，例如鱼的粪便、没吃完的残饵、这些有机物经过水解和细菌 或真菌分解以後会在水中氧化形成氨氮（NH4-N），氨氮在水中以氨或铵离子的形态存在 ，在大部分的水族讨论区里被称为「氨」或「铵」，实际上指的都是氨的氮化合物。氨氮 是毒性颇强的物质，会损害鱼的神经系统，导致鱼只呼吸困难，大量的氨氮甚至会造成水 质优氧化而无法饲养鱼类。因此，养水先养菌就是要培养出能够分解氨氮的细菌，降低鱼 只排泄和过度喂食造成的不良影响。 一般来说，从生成氨氮到将其分解为无毒氮气的过程称为氮循环，大部分的水族讨论区则 称之为硝化系统或硝化循环，其分解的过程又可以分为硝化作用和脱硝作用两阶段，如下 图所示[1]。 氮循环途径示意图 http://tinyurl.com/mgxjdj 硝化作用类似光合作用，都是自营性生物利用无机物生成所需养分的方法之一。硝化作用 会消耗氨氮与氧，而排出硝酸氮或亚硝酸氮。与异营性的菌种比起来，硝化作用属於效率 较差的养分取得方法，使得硝化菌的竞争力比异营性的菌种要差，繁殖也较慢。因此，要 在鱼缸里维持顺畅的氮循环，要靠人为方的法去确保硝化菌的繁衍，这也是为何需要添加 硝化菌种的原因。 硝化作用可以分成两个阶段，第一个阶段是亚硝化菌（Nitrosomonas）将氨氮分解为亚硝 酸氮(NO2--N)，第二个阶段是硝化菌（Nitrobacter）将亚硝酸氮分解为硝酸氮（NO3--N ）。其中，亚硝化菌属於绝对自营性，以无机的二氧化碳为碳源，而硝化菌是兼自营性， 可以用有机碳作为碳源，生长速度较亚硝酸菌缓慢。理论上，氧化1克的氨氮形成硝酸氮 ，需要4.2克的氧（已加入细胞合成的消耗），同时消耗7.14mg的硷度（已CaCO3为基准） [1]，因此硝化作用需要氧气，而且会慢慢使水质偏向酸性。 影响水中硝化作用效率的因子归纳[1][2]有： * 溶氧： 0.3~0.4mg/L之间时，溶氧量与硝化菌生长速度成正比，一般而言若大於 1mg/L就没有抑制硝化菌生长的现象。 * pH值：pH在7.5~8.5之间，较适合硝化菌生长，硝化菌喜欢弱硷性环境，当pH在5以 下时，硝化作用会完全中止，反之在pH升高到9.5以上时，影响不大。 * 温度：硝化菌最适合的温度在28~32度C，且在5~35度C之间时，硝化速度与温度成 正比，超出这个范围会使得硝化菌失去活性。 * 有机物：高浓度的有机物将造成异营菌繁殖的有利条件，使异营菌的数量增加，间 接降低溶氧量与pH值，导致自营的硝化菌无法生存。 * 氨浓度：氨浓度介於10~150mg/L时，会抑制亚硝化菌作用，0.1~1.0mg/L的氨会抑 制硝化菌作用。另外，亚硝酸氮的浓度在0.2~2.8mg/L时，会对硝化菌形 成抑制。 脱硝作用指脱硝菌将NO2-或NO3-还原成N2O或N2，将仍具有一些毒性的硝酸氮，转变为无 毒的氮气，释放为大气中。完整的脱硝系统电子传递链包含三个主要成份： 1. 可用的碳源作为电子提供者 2. 适当的氧化物作为电子的接受者（以硝酸盐代替氧气进行呼吸） 3. 有脱硝能力的菌株 这个过程又称为缺氧呼吸作用，亦可得知脱硝菌是属於厌氧细菌，若环境中存在氧，氧气 会与脱硝作用的基质竞争电子，并进行有氧呼吸作用，并对脱硝形成抑制。而且在有氧条 件下行呼吸作用，产生之能量远大於脱硝作用，且脱硝菌在有氧环境下，增殖速度远小於 其他菌种，因此维持无氧条件，是有利於脱硝作用的。 脱硝菌有异营性也有自营性，但以异营性为主，因此提供脱硝作用的碳源应以有机碳为主 ，水中生物的饲养应该可以提供一些有机碳源。 影响脱硝速度的因子，整理如下[1][3]： *溶氧：溶氧浓度为0的状态最佳，但不同菌株对氧的耐受性不同 *pH值：最适pH范围在6.5~7.5，且在低於6.0或高於8.0时脱硝速率会大幅降低，且 脱硝反应将使pH上升 *温度：最适合的温度在24~40度C，温度越高效率越好 *C/N比：脱硝需要碳源，因此较高的C/N比（碳/氮比）有利於脱硝，但是太高的 C/N比又会抑制硝化作用，需要注意 综合以上观点，要在鱼缸里维持良好的水质，需要完整的氮循环系统，而硝化与脱硝菌种 的生存比起其他菌种而言，相对是弱势的，因此除了不断加入好的菌种之外，还必须同时 提供好的生存空间，让硝化或脱硝菌可以在局部空间中取得优势。一般生化滤材里面，有 许多大孔细的生化棉适给好氧的硝化菌生长的环境，而陶瓷环则利用表面细小的孔细提供 厌氧菌种生存的空间。另外，底沙也可以提供厌氧菌生存空间，不过如果没有浪板和底抽 的话，只有表层的底沙较能对水质做出贡献。至於 pH值，由於硝化和脱硝分别会降低和 提昇pH，因此如何达成两者的平衡是重点。至於温度之类的，鱼和水草远比菌种敏感，在 鱼缸里可以不论。 参考文献： [1] 吕志宏, 2001, 《有机废水之硝化与脱硝处理研究》, 大同大学 生物工程研究所硕 士论文 [2] 柯世杰, 2005, 《利用分子生物方法进行样本中硝化菌与消化速率之估算》, 东吴大 学 微生物学系硕士论文 [3] 林茗仪, 2006, 《活性污泥脱硝基因及脱硝菌多样性之研究》, 中原大学 土木工程 学系硕士论文 -- My Blog： http://aaronmind.blogspot.com/ --

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