硝化菌的理想工作环境

在鱼缸这个微观生态系统中，垃圾与废物的处理显得尤为关键。这些所谓的垃圾，包括鱼儿的排泄物、剩余食物等有机物质，它们会在氨化作用下被转化为氨（NH3）或铵（NH4）。这个过程是由一种名为NH3生产菌的微生物完成的。NH3具有一定的毒性，而NH4的毒性则相对较轻。这两者之间的转化与水的酸碱度（pH）密切相关。当pH上升时，NH3的含量会急剧增加，其在pH为8.4时占15.3%，而在pH为7时仅占0.3%。

硝化作用是一个两步骤的过程，首先是将NH3转化为亚硝酸盐（NO2），然后再将NO2转化为硝酸盐（NO3）。这个过程由两类细菌完成，它们被称为硝化菌。这些微生物的理想工作环境是温度介于摄氏8至30度之间，其中30度时工作效率最高。在开缸（即建立鱼缸生态系统）时，将水温调至30度是最理想的选择。

硝化菌还需要特定的pH和氧气条件。它们在pH7.5至8.5的环境下工作得最好，在pH低于6时，硝化作用会减缓甚至停止。水中至少需要含有2ppm的氧气，因为硝化作用需要氧气的参与。在实际运作良好的鱼缸中，水中应有约6ppm的氧含量。充足的氧气不仅有助于硝化菌的工作，还能应对生物死亡等突发情况。

有趣的是，尽管硝化菌依赖NH3和NO2为食，但它们却能在这些物质含量过高时产生毒性。就像某些喜爱光线的珊瑚，如果用太强的光照射，也会被照死。在开缸过程中，不能急于求成，需要逐步建立硝化菌的生存环境。某些重金属如银、水银、锌、镍等对硝化菌有毒性，因此在添加药物或治疗鱼病时需要注意。

除了上述条件，还有一些其他因素会影响硝化作用。例如，植物和藻类会分泌出对硝化菌有毒的酚类物质，但正常情况下其数量不多。水质中的其他有毒物质如铜等也会影响硝化菌的生存。水中的氨（NH3）也是一大威胁。它的另一个来源是鱼类的尿液。海水鱼通过鳃以扩散形式排放NH3，但当水中NH3浓度过高时，其排毒率会降低。这是因为NH3不带电荷，容易进入生物细胞。高浓度的NH3会对鱼缸中的生物造成损害，包括烂鳍、烂鳃等症状，甚至伤害生物的器官。一个合格的鱼缸应该是NH3含量为0。

鱼缸开缸时，出现咖啡色藻类并不等于硝酸盐（NO3）已经形成。一个常见的误解是，氮循环的终点就是植物吸收了NO3。但实际上，很多人对此并不理解。在谈论氮循环时，我们常常遇到两个误区：一是认为NO3是循环的终点，二是认为植物是唯一的吸收者。过剩的氮气和“愚蠢”的人类永远存在。值得注意的是，过高的氨（NH3）浓度也会毒死植物。植物和硝化菌都在吸食NH3，它们之间似乎存在敌对关系。为了对抗硝化菌的潜在威胁，植物产生了各种毒素，如酚、香豆酸、香草酸等。这些毒素中，单宁酸是红酒带来的涩味来源。这些植物毒素是有机物质，碳元素在其中起到了关键作用。在鱼缸环境中，通常不会有大量存在。

一个合格的鱼缸应该是完全没有二氧化氮（NO2）存在的环境。当NO2含量过高时，鱼缸中的鱼鳍会出现咖啡色条纹症状，珊瑚也会失去活力。与氨一样，NO2会破坏红血球的氧运输能力，对生物器官造成伤害。海水的盐分中，氯离子（Cl）能够帮助海水鱼抵抗NO2的侵害。氯离子和NO2在鱼体内竞争吸收，氯离子通常是胜利者。淡水鱼有时会采用加盐疗法，但大多数人并不清楚其背后的原因。

让我们也谈谈脱氮作用中的NO3。这个过程可以简化为NO3转化为N2的过程。这是一个由化NO3菌主导的过程，它们喜欢的环境条件是：pH值在7到8.5之间，最好在7左右；温度在摄氏35到50度之间；含氧量低，但不是无氧状态。在这种微氧环境中，化NO3菌会执行特定的化学反应。Plenum过滤法的妙处在于其设计保证了沙内的微氧量。这种过滤法的别名包括天然硝酸盐减除过滤法、充水层过滤法等。在海水缸中，即使有硝化菌喜欢的环境偏好的条件，为何仍会有NO3存在呢？原因有几个：一是海水缸的环境设定更偏向硝化菌；二是微氧环境的控制较为困难；三是化NO3菌的工作效率相对较慢。过高的NO3与头洞病的形成有直接关系。对于海水鱼和珊瑚缸来说，NO3的浓度应该低于15ppm才算安全。淡水鱼则需要更低的浓度，即低于40ppm。

这段描述生动而丰富地展示了鱼缸生态系统中氮循环的复杂性和微妙之处，以及维护生态平衡的重要性。在这样的系统中，每一个微小的变化都可能对整个生态系统产生深远的影响。