详解硝化菌
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硝化细菌,俗称:A菌、硝化菌。适用于各种海、淡水的水质处理辅助。2@L UU`ab7Vy+j
水族箱中如果没有硝化细菌的存在,必然会面临氨含量的激增的危险,不论您采用何种方法或任何水族用品用品都不能彻底解决这个问题。当水中的氨浓度达到水族生物致命浓度时,对于任何一种水族生物而言,结果可能都是一样的--那就是死亡,这时您一定会心疚不已。但如果水中含有足够数量的硝化细菌为您不断地解除水中的氨,则整个水族生态平衡系统的稳定性将获得确保,并使水族生物安全地生活于水族箱中。
硝化细菌是一种好氧细菌,能在有氧气的水中或砂砾中生长,并在氮循环水质净化过程中扮演着重要的角色。它们包括形态互异类型的一种杆菌、球菌以及螺旋型细菌,属于绝对自营性微生物的一类,包括两个完全不同代谢群: c;d9DlrT[7ih
1.亚硝酸菌属(Nitrosomonas):在水中生态系统中将氨消除(经氧化作用)并生成亚硝酸的细菌类;亚硝酸菌属细菌,一般被称为"氨的氧化者",因其所维生的食物来源是氨,氨和氧化合所生成的化学能足以使其生存。
2.硝酸菌属(Nitrobacter):可将亚硝酸分子氧化再转化为硝酸分子的细菌类。硝酸菌属细菌,一般被称为"亚硝酸的氧化者",因其所维生的食物来源是亚硝酸(但也不一定是亚硝酸,其他有机物亦有可能),它和氧化合可产生硝酸,所生成的化学能足以使其生存。 o B-_6n2P%O
因这些硝化细菌能将水中的有毒的化学物质(氨和亚硝酸)加以分解去除,故有净化水质的功能。不过需要注意:硝化细菌在水质pH中性、弱碱性的环境下发挥效果最佳,在酸性水质中发挥效果最差。
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光合细菌,俗称:B菌、光合成红菌。适用于各种海水的水质处理辅助。
光合细菌是一种水中微生物,因具有光合色素,包括细菌叶绿素和类胡萝卜素等,而呈现淡粉红色,光合细菌能在厌氧和光照的条件下,利用化合物中的氢并进行不产生氧的光合作用。
光合细菌可以在某种污染环境下生存,并担负着重要的净化水质的角色。但只有在生存生存环境和污染物质符合其生理、生态特性时,才会发挥其作用,否则很难获得预期。例如在无光或者有氧环境下,光合细菌就很难发挥效果。EGv2wc2_h
在水族箱中由于高密度养殖,投饵不当造成的饵料过剩堆积、水族生物的排泄物等等,往往会造成底砂床有机物堆积过多,而使底砂床受到严重的污染。经底砂床上的微生物将有机质分解,会释放出一些对水族生物有毒的物质,例如:氨、亚硝酸及硫化氢等等。当这些分解产物的浓度增加时,就会导致水族生物中毒死亡。
水族箱中若存在光合细菌,它将那些有机质或硫化氢等物质加以吸收利用,而使耗氧的异营性微生物因缺乏营养而转为弱势,因而降低发生有毒分解产物的机会,同时,底质中的水质借以得到净化,而促使养殖的水族生物的健康成长。
目前,水族市场出售的光合细菌,主要是光能异营型红螺菌科(Rhodospirilaceae),特别是其中的红假单细胞属(Rhodopseudomonas)的种类。这种光合细菌在不同的环境条件下,能以不同的代谢方式,有效地净化水质。需要注意:光合细菌在水质pH8.2-8.6的环境下发挥效果最佳,因而比较适合在海水水族箱中使用。
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将一些净化水质的细菌引进水族箱,是一件简单而有效的净化水质的方法,对于目前盛行的家庭饲养观赏鱼等生物提供了极其方便的水质管理方式,颇受水族爱好者喜爱。但在使用这类产品时,也必须注意若干问题,以免降低了预期效果。"b3L%e,EIiy
一般而言,只有在使用环境和使用对象符合细菌的生理、生态特性时,才能发挥其净水作用。否则,很难获得预期效果。为了能让这些有益的细菌细菌充分发挥净水作用,在使用上,通常必须注意下列问题:
1.水中有有机污染源S X1Bv t_
净水细菌是靠水中有机污染而存活的,如果因为水中没有污染源存在,它们就无法长期生存。因此,在新水阶段就加入细菌是否有效,是值得研讨的。.| xrv(h;Ow|#c8m
2.勿与消毒杀菌药剂同时使用
为了避免净水细菌被杀灭,切记勿与消毒杀菌药剂同时使用,如果必须使用杀菌药剂或治疗鱼病的药剂,需等药物使用至少一星期以上再进行使用净水细菌。3\z*a ||&KI3aE
3.要注意调整适合细菌生长的温度KIf2XH\"n
在净水细菌的使用过程中,能有效地控制在最适宜的水温条件下,当然其发挥的效果也是最理想的。例如:光合细菌在23-29℃的范围内均能正常生长繁殖,当水温低于23℃时,它们的生长逐渐停滞,因此低于23℃的水族箱使用这类细菌效果较差。B2w!t$}(J5iH+o5s)eM
4.要注意调整适合细菌生长的pH值6X.Y\%~S,t3V;w
在净水细菌的使用过程中,必须注意水质酸碱度pH的变化。例如:淡水硝化细菌在pH值等于中性时的效果最佳,在酸性水质中效果最差,因此若能将水族箱中的水质调整至中性或弱碱性,它的净水效果会好一些。而光合细菌在pH值8.2-8.6的水质中最具效果,所以它比较适合用于海水水族箱中的使用。
5.要注意细菌之间的共容性
若要同时放养不同的净水细菌应该注意细菌之间的共容性。例如:硝化细菌和光合细菌并不适合同时放养在同一水族箱内,因为它们净化水质的过程互有抑制作用,可能会降低其净化效果。
6.要为细菌提供足够的可居住空间
如果只让细菌生活于水族箱中可能无法满足其繁衍上的需要,这会严重限止细菌的数量使其无法增加。因此,我们应该配合生化过滤系统为细菌细菌再创造更多的可居住空间供它们繁衍,以期待它们加速降低有害物质以及加强它们分解能力。
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要成功地建立有效的净水细菌的"生态系统",必须注意净水细菌的添加方式以及添加的量。净水细菌的量多以及快速生长,可能有助于有机废物的分解,但过多的净水细菌数量竞相消耗有限的细菌营养物质,同样会导致它们的快速死亡。'A0lQaY$N
净水细菌在水族箱中有一个生命周期。当它们在被加入水族箱,并不是以一定速率增长繁殖。通常在最初时菌数保持不变,这是可能因为细菌适应新环境需要一段时间。此时,细菌的代谢反应正常进行,但细胞的分裂却是静止的。这个生长期称为迟滞期(Lag pnase)。
到迟滞期结束之后,细菌的胞体以一定的速度不断分裂,其生长以及繁殖速度达到最大,并在数小时之内达到最高峰,然后细菌的数目又保持不变不再增加,这归因于环境的变化,特别是因为有些营养被消化完了。这种情况也是造成细菌死亡的原因之一,于是细菌开始死亡并数量锐减,假如确保还有一些细菌增殖的话,细菌的死亡将比新生细菌更快,一直到细菌减少到原来的数量为止。这个生命周期约几天至十几天,依水质条件来决定。净水细菌的添加时机如果能够配合其生命周期是最好不过了,即当它的数量正处于最少时再添加,不要等它繁衍到最高数量时再添加,这样一来反而会加速细菌的死亡速度。可是要真正地去了解它的生命周期是多久是极为困难的事,至少绝大多数的水族爱好者是无法观测注意到的,所以一般都是以定期添加为好。L4\!cN[1al
在水草造景缸、岩礁生态缸等等水族箱中因为定期添加肥料等营养药剂,有些营养药剂诸如微量元素的种类可能与净水细菌所需的营养成份类似,只是数量组成不同而已,因此也可能提供给净水细菌用作生长、繁衍的养分。正因为如此,净水细菌在这类水族箱中的生命周期可能比一般只单独饲养鱼类的水族箱中要存活长许多。换而言之,如果单独饲养鱼类的水族箱是一星期定期补充净水细菌一次,在这类水族箱中只要两星期定期补充一次即可。3a!H8j5a w
除了定期添加之之外,如果发现水质不良或者在更换、清洗过滤器后,以及进行药物治疗以后,都可以不定期补充,以确保净水细菌的生态相能成功的建立。 硝化作用的最适条件~Kll;K
硝化作用是指氨经过亚硝酸这一中间过程氧化成硝酸的过程,由亚硝酸细菌(Nitrosomonas)和硝酸细菌(Nitrobacter)分别经氨氧化为亚硝酸和亚硝酸氧化为硝酸这两个作用阶段.这两个过程是同时和连续进行的,两种细菌共存。由于它们是需氧型化学能无机营养型细菌,所以,在氧气充足的条件下作用旺盛。对于其他条件,要求的pH为6.2~9.2,温度为25~35℃!!在此条件下作用最旺盛,能将绝大部分的氨转化为硝酸盐。
硝化细菌是革兰氏阴性。 反硝化作用原理 I m7B,Dkx:UB{A d
反硝化作用,狭义的指将硝酸盐还原为分子态氮的过程,称为脱氮作用;广义的指将硝酸盐还原为较简单的氮化合物的过程,除了脱氮作用外,还包括硝酸盐还原作用(指脱氮作用以外的还原作用,例如硝酸盐还原为亚硝酸盐的作用)。(Zp@4A)]@] VvIv
多种细菌和真菌斗具有硝酸盐还原酶,可以将硝酸盐还原为亚硝酸盐。方程式如下:
NHO3+2H------------>HNO2+H2O(需要硝酸还原酶的作用)
而脱氮作用,则常常与无氮有机物的氧化反应伴随发生,例如:
C6H12O6+6H2O---------->6CO2+24H
24H+4NO3 ̄-------------->12H2O+2N2
总的反应方程式为:3A_C"`^4W d
C6H12O6+4NO3 ̄------------>6CO2+6H2O+2N2+420cal
也就是说,在1摩尔的葡萄糖被氧化的同时,有4摩尔的硝酸根被还原为2摩尔分子氮。:Tba g3U7P0w*GG2{:}K
很多细菌可以引起脱氮作用,主要是一些革兰氏阴性的无芽胞杆菌,如荧光杆菌,斯图采尔杆菌。它们一般是兼性需氧的细菌,脱氮作用常常是在厌氧条件下发生。而且,有些化学能自养型细菌也可以在厌氧的条件下引起脱氮作用,比如,反硝化硫化细菌可以用硝酸盐来氧化硫,从而将硝酸盐还原,方程式如下:
5S+2CaCO3+6KNO3------------>3K2SO4+2CaSO4+2CO2+3N2+660cal
在pH为7.0~8.2,厌氧条件下,如果有可溶性无氮有机物存在,则脱氮作用旺盛。| ^[$er\
反硝化作用的意义在于:
1,硝酸盐还原作用使水中的低毒硝酸盐浓度降低,而使具有较高毒性的亚硝酸盐浓度增加,所以是不利的。
2,脱氮作用使水中的低毒硝酸盐浓度降低,变为无毒的氮气排除,是有利的。?/N0o m*PO`
3,在草缸中,脱氮作用会使对草有营养意义的硝酸盐减少,对草是不利的,特别是在氮循环保持良好状态的生态群落中。9`}'a/B??2Y
4,如果要增加脱氮作用的强度,可以创造适合反应的条件,其中保持适合的酸碱度和一定可溶性无氮有机物浓度是关键。无氮有机物水中的存在有限,可以考虑额外添加补充,例如向水中补充葡萄糖溶液。i^+I.TG&zZ-T
5,脱氮作用对没有排除硝酸盐途径的裸缸具有重要意义,和良好的硝化作用一起,维持水中的低氮状态,保持水质稳定,延长换水时间。 关于硝化细菌的知识
一、硝化细菌是什么? VC'wIx b-s
硝化细菌 ( nitrifying ) 是一种好气性细菌,能在有氧的水中或砂层中生长,并在氮循环水质净化过程中扮演着很重要的角色。它们包括形态互异类型的一种杆菌、球菌或螺旋菌。属于自营性细菌的一类,包括两种完全不同代谢群:亚硝酸菌属 ( nitrosomonas ) 及硝酸菌属 ( nitrobacter )。
亚硝酸菌属细菌一般被称为「铵之氧化者」,因其所维生的唯一食物来源是铵,铵和氧化合所生成的化学能足以使其生存。什么是铵?这须要解释一下。其实铵是一种氨气 ( nh3 ) 溶于水中所生成的阳离子 ( nh4+ ),因为它在化学上的行为就好像是一种金属离子,故命名为「铵」。气体的氨具有刺鼻的臭味,而离子态的铵则无特别的气味,故很容易加以辨认。!]!?U0F(`4iv#\/Y v'Y%E
在有空气存在时,铵可被亚硝酸菌属细菌吸收利用。它们将其氢原子氧化成水,用氧取代之,所以铵变成水及溶于水中的氧化氮,后者化学家称为「亚硝酸」,其反应式如下: XT]7W3}0A!a3r-{
藉由氧将铵氧化为亚硝酸 ( no2- ) 可以产生能量,亚硝酸菌可利用该能量从二氧化碳或碱度 ( 如 co32- 或 hco3- ) 中制造有机物,所以这类细菌根本不需要有机物就能生存及繁衍。
硝酸菌属细菌一般被称为「亚硝酸之氧化者」,因其所维生的主要食物来源是亚硝酸,亚硝酸和氧化合所生成的化学能足以使其生存,而且生成硝酸为氮循环的终产物,其反应式如下:
硝酸菌可利用此反应所产生之能量,用于合成自己所需之有机物,故这类细菌同样不需要摄取有机物也能生存及增殖。w WG(V"O
铵被硝化细菌氧化成亚硝酸,随后又被氧化成硝酸的反应被化学家称为「硝化反应」。这个反应系由两种不同的细菌所进行的,须密切配合,才不致使反应的中间物 no2- 滞留累积于水中。
二、硝化细菌对水产养殖的重要性为何? d pA {{
任何水产养殖池都会自产有机废物,它们绝大部份属于养殖生物的排泄物,除非立刻将这些有机废物由水中完全移除,否则水中自生之异营性细菌将很快地加以摄取利用,并排泄出氨于水中。
水中的的氨有两个不同的形式:一是氨 ( nh3 ),另一是铵 ( nh4+ )。氨有毒,而铵无毒。两者在水中相对百分率由水中之 ph 值来决定,若水中 ph 值越高,则水中所含有毒氨的百分率也越高,但在酸性的水中,有毒的氨几乎不存在。
养殖池中如果没有硝化细菌存在,必然会面临氨含量激增的危险,不论您采取何种方法都不能彻底解决这个问题。因为氨是剧毒物,只要水质偏向碱性,一部份的铵就会自然地转化成氨,当水中的氨浓度达到养殖生物的致死浓度时,造成重大意外损失也就不足为奇。但如果水中含有足够数量的硝化细菌为您不断地清除水中的铵,则整个池水的生态平衡系统的稳定性将可获得确保,并使养殖生物安全地成长于饲养环境中。 t i-XzT&X
问题是一般的养殖池中常缺乏足够的硝化细菌,尤其是在初期养殖水中硝化系统尚未完全建立时更是如此,理由是一般养殖池中的生态环境,常缺乏硝化细菌繁殖之基本生活条件,无形中限制了它们数量及处理铵污染之能力及效率,而使铵被逐渐累积下来,这对碱性化水质及海水养殖的情况将具有极大的潜在危险性。复因硝化系统之建立需要相当时日,故放养初期的危险性更高。
总之,在一个封闭的养殖环境中,水族生态平衡系统之建立,主要是靠连显微镜下亦不易观察到之无数的微生物。这些微生物可以迅速处理池水自产的污染,其中尤以消除足让鱼虾等水产养殖生物致命的氨及亚硝酸最具关键性地位。因此,为使水产养殖成功,就有赖硝化细菌介入水族生态平衡系统中扮演清道夫的重要角色,否则要想获得成功的养殖经验几乎是不可能的。由此可知,硝化细菌对水产养殖的关系是何等重要。V!R[YYd&~
三、何以硝化细菌是水产养殖的关键细菌?\t5h U7m8W$u
硝化细菌只不过是微生物循环系统中的一个环节而已,何以笔者只强调硝化细菌的重要性,而不谈其它净水细菌对水质净化的贡献,是不是其它净水细菌较不重要?非也!pUUS:ke9_2R
在池水生态循环系统中,若无其它异营性细菌存在,水中将到处充斥未被细菌分解的有机物,此种自我污染的水族环境一样使鱼虾等水产生物无法生存其中。因此,它们常被视为是池水自净作用的先锋部队,其重要性并不亚于硝化细菌。5U4p/ZK5M
所幸这类细菌普遍存在于各种不同环境,它们几乎无所不在,而繁殖速度相当惊人,大部份的异营性净水细菌,在理想的环境只需几十秒钟即可自行增殖一倍,一般只需二十几分钟即能增殖一倍,因此业者用不着采取特别措施,它们便可以在池水中自生及迅速繁殖。x1L:h qa5c/Z
反观硝化细菌就不是如此,它的繁殖速率很慢,即使在理想的条件下,至少也要费时 24 ~ 36 小时才能增殖一倍。主要的原因在于硝化细菌需在体内制造有机物,若无这些有机物它们就无法生长及繁殖,而制造有机物则需要相当长之时间,不像其它异营性细菌可自有机废物中直接摄取所需要的有机物。Dr6yNJ)r
另一个重要的原因是硝化细菌是一种自营性的细菌,这种细菌的特征是不喜欢有机物,如果有一大堆有机物的话,反而会抑制它们的生长与繁殖。因此它们无法像其它异营性细菌一般可直接寄生在池底的有机废物之上,而必须避开这些有机废物,这无形中会限制硝化细菌的居住环境,若水中适合硝化细菌居住环境不是很多时,它们的数量将很难增加。
就除铵的效率而言,要消除几个 ppm 的铵,至少要有上百万个硝化细菌才能达到目的,所以硝化细菌除铵的效率并不高。再加上硝化细菌的繁殖速率很慢,以及池水中可居住的环境又少,无法自生足量的硝化细菌,以致硝化细菌就自然成了水产养殖的关键细菌了。
四、如何提高足量的硝化细菌?
在养殖池中存在的有毒物质主要是氨及亚硝酸,这两种有毒的物质可由硝化细菌所消耗,并生成无毒性的硝酸,硝酸又是藻类的最佳氮肥,能被藻类所吸收及同化。因此,在养殖池中绝对不可缺少硝化细菌,如果硝化细菌缺乏,水中的氨含量将急速增加,使池水内的鱼虾有致死的危险。许多人通常不了解这个问题的重要性,以致于常遭遇到养殖失败的命运。这说明如果您不去了解这个问题的症结所在,并谋求改善的话,既使是有经验的业者,都可能会败在硝化细菌不足的危害之下。+hI-STEi@
从池水的生态观点来说,我们是无法防止氨的产生的,但是却可以设法提高硝化细菌的数量来消耗池水中大量的氨。因为硝化细菌是消耗氨的克星,只要这类细菌的数量足够,它们就会很自然地消耗掉每天自产的氨,使氨不会在水中被大量的累积下来,成为水产养殖的隐形杀手。 3c5V%?V"Q,D_;R#K J
至于我们应如何做才能提高硝化细菌的数量呢?从理论的角度而论,为硝化细菌塑造一个理想的繁殖场所是最根本的解决办法。怎么说呢?原来硝化细菌在繁衍过程中,有附着于固定物外表的倾向,若能在池水中安置若干多表面积的固定物供其附着,它就能迅速地附着在这些固定物的表面上,并开始增殖。
然而,要在池水中安置固定物通常是不可行的,理由是这种方式可能会阻碍鱼类的活动及不利于捞补。比较可行的处理方式是在过滤系统中安置「生化培养球」,这种产品是专门为硝化细菌提供一个繁衍场所而设计的,它通常是由黑色的塑料骨架所制成,大小约为 3 ~ 5 公分直径的空心球体,并有很大的表面积可供硝化细菌附着。它的原理是让硝化细菌成为「有壳蜗牛」,增加硝化细菌的生活空间,因此可让硝化细菌依附在这种人造的球体上进行硝化活动,使滤水中的氨及亚硝酸被硝化细菌所消耗。fP@2T wF2e
添加硝化细菌制剂也是另一种可行的方法,尤其是在做水质检测发现水中氨浓度偏高时,采用这种方法最有效率。但这种方法只是治标方法,不是治本方法,因为这些制剂在水中被活化成为活菌之后,它们仍然多属「无壳蜗牛」,在池水中无法增殖,甚至因环境不适而逐渐死亡,故必须定期添加才能发挥预期效果。5J!@:OX `-P @*O)hp
五、如何正确使用生化培养球?1F#fU"U j"r
生化培养球又称为生化过滤球,它是一种藉由生物化学的方法来除掉氨的一种特殊滤材,不过它并不是依靠滤材本身的作用将氨除去,而是藉由生活于滤材表面的硝化细菌来将氨给氧化掉,使之转化为无毒性的硝酸,以减少有毒物质的堆积,为养殖生物创造一个优良的生长环境。Gs0j a$Eu-c
生化培养球具有广大的表面积,且交错网孔构造可在表面达到完全通气效果,更由于生化培养球若彼此互相接获连接在一起,可在过滤系统中形成一个巨大的活动空间让硝化细菌居住及生活,并有利于硝化细菌大量的繁衍。
这种产品在使用时,最好与机械式过滤系统结合成一体,不宜单独使用,即可在机械式过滤系统的滤程后面,加设一个「生化培养球箱」,内置生化培养球,仅让滤水由上自动滴流而下,然后再经由滴流过程中的硝化作用,来达到最完美的生物自净作用。
如果将生化培养球单独使用,可能无法达到预期的效果,因为若直接把池水引入「生化培养球箱」,水中难免会夹带不少有机废物,由于它们不受硝化细菌所欢迎,若让这些有机废物附着于生化培养球上,则硝化细菌就很难在其表面着床生长。因此应将池水中的有机杂质先行滤除之后,再将滤水引入箱中,才是正确的使用方法。
六、渔友对硝化细菌制剂的使用知多少?
硝化细菌制剂是一种用于控制养殖池水自生氨浓度的处理剂,不仅使用相当方便,而且能发挥立竿见影的效果,故越来越受渔友的欢迎。使用时可直接将该剂散布于池中,不久即能发挥除铵的功效。
市售硝化细菌制剂可分为活菌及休眠菌两种,渔友可依自己的需要选购使用。前者是利用细菌的活体制成,在显微镜的观察下,可看到它们的活动情形。后者是利用休眠菌制成,在显微镜的观察中,则无法看到它们具有活动能力。