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浅谈草缸中的生化过滤并附戴安娜女士论文一篇

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菠萝兔 发表于 2018-5-26 09:49:12 |显示全部楼层
本帖最后由 菠萝兔 于 2018-5-28 09:47 编辑

所谓生化过滤,大致相当于一种“垃圾处理”程序。是利用各种微生物(主要是细菌)来分解缸中的废弃物,将有害物质转化为无害的或者对水草有益的产物。这其中包括各种厌氧菌以及好养菌,其中最为重要的是硝化细菌,由于硝化细菌不仅仅存在于过滤系统中,在缸内也有很多分布,因此我们通常把缸内和过滤系统内的硝化细菌统统称为“硝化系统”。而过滤系统中的硝化细菌这这个硝化系统的最主要成员。

硝化细菌作用.jpg


所谓硝化作用见上图) 就是将水中对生物有害的 NH3 氨)NH4+(铵)、NO2-亚硝酸根)等转化为无害 NO3-(硝酸根)的过程。在草缸中,由于水草本身对NH4+ NO2-也有很强的吸收作用见下图,蜈蚣草可以快速优先吸收水中的NH4+),因此实际上,草缸中的硝化系统中,水草也是不可忽视的成员之一。无论是氨还是亚硝酸铵对鱼虾类都有剧毒,但转变成硝酸盐后毒性则会小很多)
水草对毒素的吸收.JPG


由于过滤系统中的硝化细菌只能对溶解在水中的有害物质起作用,而大多数水草获取元素的主要来源是根部吸收, 因此所谓的“硝化细菌和水草争夺”的忧虑实际上并无必要。而那些根系不发达,主要靠叶面吸收养分的水草,实际上也能利用NO3获取氮元素,因此,硝化系统在草缸中总的来说是利大于弊。 另外,一套优良的生化过滤系统,可以利用“良性细菌”充分攫取水中的营养资源,从而抑制那些有害细菌的生长,使得水中的菌落分配指标能够处于一个比较平衡健康的状态。除硝化细菌外,光合细菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、醋酸菌、双歧杆菌、放线菌共七大类微生物中的1080种微生物可以统称为EM菌(有效微生物群的英文缩写),它们也可以快速有效地分解有机物,并且繁殖速度比硝化细菌更快,更耐缺氧和酸性环境,是硝化细菌的好帮手。

有益菌.jpg


综上所述,在水草缸中,过滤系统应当是以物理过滤为主,生化过滤为辅。两者共同充分发挥作用,可以保持水草缸中的水质和卫生环境始终维持在一个健康的水准上。


作者:无眠

特此感谢,文章有少许改动。
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菠萝兔 发表于 2018-5-26 22:28:44 |显示全部楼层
本帖最后由 菠萝兔 于 2018-10-16 23:04 编辑

水草对于水族环境的功用,与生化过滤器之间有着异曲同工之妙。水草缸是否需要生化过滤器?让我们来看看 Diana Walstad 怎么说......

水草的功能不只是水族缸的装饰品而已,水草协助维持鱼类的健康。含氮化合物,尤其是铵与亚硝酸,对鱼类而言具有剧毒。水族爱好者多年以来非常倚重细菌的硝化作用(生化过滤)来将这些有毒物质转化成无毒的硝酸盐。水族爱好者以及甚至水草零售商非常容易忽略水草对于氮肥的吸收,甚至(错误的)假设水草主要吸收硝酸。

实际上绝大多数水草偏爱铵甚于硝酸盐

许多陆生植物如豌豆与西红柿的确在使用硝酸盐下成长的比使用氨时还要好,因此有些植物学家假设水草也同样的吸收并且在用硝酸盐施肥下成长比较好,然而实际的研究结果却截然不同。

世界各地的科学家针对水草吸收氮肥做过了许多的实验研究,我能够提出针对 33 种不同水草品种所发表过的研究,在 33 种水草当中只有 4 种是偏好硝酸盐的。

水草偏好.jpg


然而这四种水草来自营养异常贫乏环境,这在水族缸并不常见,更甚者,水草对氨氮的偏好程度是非常高的。

举例来说,浮萍(Lemna gibba)在五个小时内吸收了营养溶液中 50% 的铵,纵使这些营养溶液中的硝酸盐浓度是铵的百倍以上。

将伊乐藻(Elodea nuttalii)放置于硝酸盐与铵的混和溶液中,在 16 小时内便吸收了 75% 的铵,而硝酸盐实际上却都没去使用。只有在铵使用完以后,伊乐藻才会吸收硝酸盐。

水草对毒素的吸收.JPG


同样的,当少根浮萍(Spirodela oligorrhiza)栽培于铵与硝酸盐的混和溶液中,氨被快速的吸收,而硝酸盐实际上被忽略了。为了这个特别的研究,水草是栽培于无菌的条件下,铵不会因硝化作用而消失。况且,研究人员发现在实验当中水草的成长迅速,确认了铵的吸收并非实验的误差,而可能是水草质量增加与对氮肥所致。水草干重的氮浓度介于 0.6 至 4.3% 之间。

水草吸收2.jpg


上图显示了大萍(Pistia stratiotes)快速吸收硝酸盐与铵的程度。水草是培养于含有 0.025 mg/L 的硝酸盐中,需要花 18 个小时将硝酸盐吸收完;然而类似的水草在含有 0.025 mg/L 的氨氮中,只需要 3.5 个小时便将铵吸收完。当研究人员将氮肥浓度增加时,差异就更大了。在13mg/L的氮肥浓度下,水草需要 71个小时(几乎三日)来吸收硝酸,不过当氮肥是氨氮时,吸收也只需要4个小时。

水草吸收3.jpg


对水草来说,硝酸盐的吸收似乎需要需要比铵费功夫。举例来说,水芙蓉在黑暗中吸收硝酸盐非常缓慢,而铵的吸收则不论光照或黑暗中都相同。这表明硝酸的吸收需要比铵需要更多的能量。更甚者,硝酸的吸收常常必须被引诱才会开始。也因此,水芙蓉在放置于纯硝酸盐中24小时以后,对硝酸盐的最大吸收才会发生(水中只要有铵就会抑制硝酸盐的吸收)。

铵在许多的生物中,例如植物、藻类与霉菌,确实会会抑制硝酸盐的吸收与利用。例如藻类在氨的浓度高于0.02mg/L时,就不会吸收硝酸盐了。当营养溶液中添加了铵以后,浮萍对硝酸盐的吸收便立刻停止了。这个抑制作用是可逆的,因为水草在水中的铵消失以后一两日,便会开始吸收硝酸盐。我们可以这么假设,铵对于硝酸盐吸收的抑制,避免水草在吸收硝酸盐时的能量消耗。

水草对亚硝酸盐的吸收

虽然水草能以亚硝酸盐作为氮肥来源,对水族爱好者来说,最关切的问题是:水草可否在有毒的亚硝酸盐变成无毒的硝酸盐之前,便将亚硝酸盐消除?我无法找到足够的科学文献来下定论。无论如何,对水草来说,亚硝酸盐还原成铵的化学反应,需要比硝酸盐还原成铵时所消耗的能量还要少。(水草必须将硝酸盐或亚硝酸盐转变成铵才能够使用并且制造蛋白质)因此,当少根浮萍(Spirodela oligorrhiza)栽培于同时含有硝酸盐与亚硝酸盐的溶液中,会偏好吸收亚硝酸盐,我们就不觉得意外了。

水草吸收4.jpg
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本帖最后由 菠萝兔 于 2018-5-27 09:07 编辑

Diana Walstad简介:

戴安娜女士是“天然水草缸”(NPT)的创始人,她是一位科研工作者,主攻医学微生物学,写过《水草缸之生态学》,这本书也是第一部以学术研究为基础的水草栽培专书。
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