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硝化細(xì)菌分類:硝化細(xì)菌屬于自養(yǎng)型細(xì)菌,原核生物,包括兩種完全不同的代謝群:亞硝酸菌屬( nitrosomonas ) 及硝酸菌屬( nitrobacter ),它們包括形態(tài)互異的桿菌、球菌和螺旋菌。亞硝酸菌包括亞硝化單胞菌屬、亞硝化球菌屬、亞硝化螺菌屬和亞硝化葉菌屬中的細(xì)菌。硝酸菌包括硝化桿菌屬、硝化球菌屬和硝化囊菌屬中的細(xì)菌。兩類菌均為專性好氧菌,在氧化過(guò)程中均以氧作為最終電子受體。大多數(shù)為專性化能合成自養(yǎng)型,不能在有機(jī)培養(yǎng)基上生長(zhǎng),例如亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌(Ni-trosospira)、亞硝化球菌(Nitrosococcus)、亞硝化葉菌(Ni-trosolobus)、硝化刺菌(Nitrospina)、硝化球菌(Nitrococcus)等。只有少數(shù)為兼性自養(yǎng)型,也能在某些有機(jī)培養(yǎng)基上生長(zhǎng),例如維氏硝化桿菌(Nitrobacterwinogradskyi)的一些品系。從形態(tài)上看,也有多樣,如球形、桿狀、螺旋形等,但均為無(wú)芽孢的革蘭氏陰性菌;有些有鞭毛能運(yùn)動(dòng),如亞硝化葉菌,借周身鞭毛運(yùn)動(dòng);有些無(wú)鞭毛不能運(yùn)動(dòng),如硝化刺菌。一般分布于土壤、淡水、海水中,有些菌僅發(fā)現(xiàn)于海水中,例如硝化球菌、硝化刺菌。

硝化細(xì)菌完全無(wú)需專門購(gòu)買,魚(yú)缸中氧含量和有機(jī)物達(dá)到正常水平后,2個(gè)月左右就可以建立起穩(wěn)定的菌落。硝化細(xì)菌也不是藥物,一旦穩(wěn)定之后,只要環(huán)境不發(fā)生劇烈變化(如放入殺菌劑、或開(kāi)水倒入),就可以長(zhǎng)期不斷繁殖,完全無(wú)需添加。

硝化細(xì)菌的生命活動(dòng):

亞硝酸細(xì)菌(又稱氨氧化菌),將氨氧化成亞硝酸。反應(yīng)式:

2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+158kcal(660kJ)。

硝酸細(xì)菌(又稱亞硝酸氧化菌),將亞硝酸氧化成硝酸。反應(yīng)式:

HNO2 + 1/2 O2= HNO3, -⊿G= 18 kcal。

這兩類菌能分別從以上氧化過(guò)程中獲得生長(zhǎng)所需要的能量,但其能量利用率不高,故生長(zhǎng)較緩慢,其平均代時(shí)(即細(xì)菌繁殖一代所需要的時(shí)間)在10小時(shí)以上。硝化細(xì)菌在自然界氮素循環(huán)中具有重要作用。這兩類菌通常生活在一起,避免了亞硝酸鹽在土壤中的積累,有利于機(jī)體正常生長(zhǎng)。土壤中的氨或銨鹽必需在以上兩類細(xì)菌的共同作用下才能轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁},從而增加植物可利用的氮素營(yíng)養(yǎng)。時(shí)至今日,人們尚未發(fā)現(xiàn)一種硝化細(xì)菌能夠直接把氨轉(zhuǎn)變成硝酸,所以說(shuō),硝化作用必須通過(guò)這兩類菌的共同作用才能完成。(2015年圣誕節(jié)前人類已經(jīng)成功分離出了可以直接將氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮的細(xì)菌,稱為短程硝化細(xì)菌,結(jié)束了發(fā)現(xiàn)硝化細(xì)菌后100年來(lái)對(duì)氮素轉(zhuǎn)化的教條式認(rèn)知,特此批注。)我們知道,亞硝酸對(duì)于人體來(lái)說(shuō)是有害的,這是因?yàn)閬喯跛崤c一些金屬離子結(jié)合以后可以形成亞硝酸鹽,而亞硝酸鹽又可以和胺類物質(zhì)結(jié)合,形成具有強(qiáng)烈致癌作用的亞硝胺。然而,土壤中的亞硝酸轉(zhuǎn)變成硝酸后,很容易形成硝酸鹽,從而成為可以被植物吸收利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在硝化細(xì)菌的作用下,土壤中往往出現(xiàn)較多的酸性物質(zhì)。這些酸性物質(zhì)可以提高多種磷肥在土壤中的速效性和持久性,可以防治馬鈴薯瘡痂病等植物病害,甚至可以使堿性土壤得到一定程度的改良。所以說(shuō),硝化細(xì)菌與人類的關(guān)系十分密切。農(nóng)業(yè)上可通過(guò)深耕、松土提高細(xì)菌活力,從而增加土壤肥力。但硝酸鹽也極易通過(guò)土壤滲漏進(jìn)入地下水,成為一種潛在的污染源,造成對(duì)人類健康的威脅。因此農(nóng)業(yè)上既可采用深耕、松土的方法提高細(xì)菌活力,亦可通過(guò)用施入氮肥增效劑(即硝化抑制劑),以降低土壤硝化細(xì)菌的活動(dòng),減低土壤氮肥的損失和對(duì)環(huán)境的污染。

硝化細(xì)菌的存活條件:硝化細(xì)菌廣泛存在于自然環(huán)境中。其存活需要水分及氧氣,只有同時(shí)滿足水分與氧氣的供應(yīng)才能存活。在泥土、沙粒、生化棉、生化球、玻璃環(huán)、陶瓷環(huán)等各種有微孔的濾材中更宜于大量繁殖。硝化細(xì)菌最適宜在弱堿性的水中生活,在溫度達(dá)到25度左右時(shí)生長(zhǎng)繁殖最快。它的繁殖不遵循分離定律和自由組合定律。

不少魚(yú)友對(duì)硝化細(xì)菌的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了一定的誤解,有的人認(rèn)為硝化細(xì)菌能夠分解糞便;有的認(rèn)為可以凈化水質(zhì),中和水中的懸浮物,這些認(rèn)識(shí)是不準(zhǔn)確的,或者可以說(shuō)是錯(cuò)誤的,硝化細(xì)菌是生產(chǎn)者。

分解有機(jī)物

首先先說(shuō)說(shuō)分解有機(jī)物,這個(gè)粗重的體力勞動(dòng)可不是嬌貴的硝化細(xì)菌能完成的,他是靠其它凈水細(xì)菌完成的。在水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中,若無(wú)其它異養(yǎng)性細(xì)菌存在,水中將到處充斥未被細(xì)菌分解的有機(jī)物,此種自我污染的水族環(huán)境一樣使魚(yú)兒無(wú)法生存其中。因此,它們常被視為是水質(zhì)自凈作用的先鋒部隊(duì),其重要性并不亞于硝化細(xì)菌。這類細(xì)菌普遍存在于各種不同環(huán)境,它們幾乎無(wú)所不在,而繁殖速度相當(dāng)驚人,大部份的異營(yíng)性凈水細(xì)菌,在理想的環(huán)境只需二十幾分鐘即能增殖一倍。但要是裸缸飼養(yǎng),我們就要借助物理循環(huán),把水中的剩餌或糞便吸出。

懸浮物

魚(yú)友中不少人去買硝化細(xì)菌,按照說(shuō)明每星期按時(shí)添加,這樣做對(duì)嗎?可我要告訴大家的是,你們的做法沒(méi)錯(cuò),可你們對(duì)硝化細(xì)菌的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤。菌液為澄清無(wú)味或者澄清有味則可能為硝化細(xì)菌;如果菌液呈現(xiàn)紅色或者紫色并有尿騷味,則為光合細(xì)菌;

在養(yǎng)殖池中存在的有毒物質(zhì)主要是氨及亞硝酸,這兩種有毒的物質(zhì)可由硝化細(xì)菌所消耗,并生成無(wú)毒性的硝酸鹽,硝酸鹽又是藻類的最佳氮肥,能被藻類所吸收及同化。因此,在養(yǎng)殖池中絕對(duì)不可缺少硝化細(xì)菌,如果硝化細(xì)菌缺乏,水中的氨含量將急速增加,使池水內(nèi)的魚(yú)蝦有致死的危險(xiǎn)。許多人通常不了解這個(gè)問(wèn)題的重要性,以致于常遭遇到養(yǎng)殖失敗的命運(yùn)。這說(shuō)明如果您不去了解這個(gè)問(wèn)題的癥結(jié)所在,并謀求改善的話,即使是有經(jīng)驗(yàn)的業(yè)者,都可能會(huì)敗在硝化細(xì)菌不足的危害之下。

從池水的生態(tài)觀點(diǎn)來(lái)說(shuō),我們是無(wú)法防止氨的產(chǎn)生的,但是卻可以設(shè)法提高硝化細(xì)菌的數(shù)量來(lái)消耗池水中大量的氨。因?yàn)橄趸��?xì)菌是氨的克星,只要數(shù)量足夠,它們就會(huì)很自然地消耗掉每天自產(chǎn)的氨,使氨不會(huì)在水中被大量的累積下來(lái),成為水產(chǎn)養(yǎng)殖的隱形殺手。

至于我們應(yīng)如何做才能提高硝化細(xì)菌的數(shù)量呢?從理論的角度而論,為硝化細(xì)菌塑造一個(gè)理想的繁殖場(chǎng)所是最根本的解決辦法。原來(lái)硝化細(xì)菌在繁衍過(guò)程中,有附著于固定物外表的傾向,若能在池水中安置若干多表面積的固定物供其附著,它就能迅速地附著在這些固定物的表面上,并開(kāi)始增殖。

然而,要在池水中安置固定物通常是不可行的,理由是這種方式可能會(huì)阻礙魚(yú)類的活動(dòng)及不利于捕撈。比較可行的處理方式是在過(guò)濾系統(tǒng)中安置「生化培養(yǎng)球」,這種產(chǎn)品是專門為硝化細(xì)菌提供一個(gè)繁衍場(chǎng)所而設(shè)計(jì)的,它通常是由黑色的塑料骨架所制成,大小約為3 ~ 5 公分直徑的空心球體,并有很大的表面積可供硝化細(xì)菌附著。它的原理是讓硝化細(xì)菌成為「有殼蝸牛」,增加硝化細(xì)菌的生活空間,因此可讓硝化細(xì)菌依附在這種人造的球體上進(jìn)行硝化活動(dòng),使濾水中的氨及亞硝酸被硝化細(xì)菌所消耗。

添加硝化細(xì)菌制劑也是另一種可行的方法,尤其是在做水質(zhì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)水中氨濃度偏高時(shí),采用這種方法最有效率。但這種方法只是治標(biāo)方法,不是治本方法,因?yàn)檫@些制劑在水中被活化成為活菌之后,它們?nèi)匀欢鄬佟笩o(wú)殼蝸�！�,在池水中無(wú)法增殖,甚至因環(huán)境不適而逐漸死亡,故必須定期添加才能發(fā)揮預(yù)期效果。

硝化細(xì)菌制劑是一種用于控制養(yǎng)殖池水自生氨濃度的處理劑,不僅使用相當(dāng)方便,而且能發(fā)揮立竿見(jiàn)影的效果,故越來(lái)越受魚(yú)友的歡迎。使用時(shí)可直接將該劑散布于池中,不久即能發(fā)揮除氨的功效。

市售硝化細(xì)菌制劑可分為活菌及休眠菌兩種,漁友可依自己的需要選購(gòu)使用。前者是利用細(xì)菌的活體制成,在顯微鏡的觀察下,可看到它們的活動(dòng)情形。后者是利用休眠菌制成,在顯微鏡的觀察中,則無(wú)法看到它們具有活動(dòng)能力。

選擇活菌的好處是除氨效果迅速,最適用于氨濃度過(guò)高的緊急情況。但是因活菌對(duì)氧氣的要求十分嚴(yán)格,尤其是硝酸菌屬的細(xì)菌只能在有充份氧氣存在下才能生存,正因?yàn)槿绱?要將活菌保存并制成產(chǎn)品,常有保存上的困難,所以在購(gòu)買這類產(chǎn)品時(shí),要特別注意它的有效使用期限,如果使用過(guò)期產(chǎn)品,就除氨的觀點(diǎn)而言,是沒(méi)有什么效率的。

選擇休眠菌的優(yōu)點(diǎn)是能耐久藏,較不用擔(dān)心失效的問(wèn)題,但是因?yàn)橛尚菝呔�變成活菌所需的活化時(shí)間可能需要數(shù)天之久,所以無(wú)法使用于緊急狀況之處理,僅適用于日常的水質(zhì)管理。一般言之,休眠菌的保存期限約為1 ~ 2 年,使用時(shí)仍需注意商品所標(biāo)明的使用期限,以免過(guò)期失效。另外,此種產(chǎn)品僅亞硝酸菌屬之細(xì)菌能被制成制劑,故使用后可能會(huì)有多余的中間物 no2- 滯留累積于水中,使亞硝酸的濃度有暫時(shí)性突然提高的現(xiàn)象,惟對(duì)水質(zhì)不會(huì)有明顯之影響。

注意事項(xiàng)

水中有有機(jī)污染源,凈水細(xì)菌是靠水中有機(jī)污染而存活的,如果因?yàn)樗�中沒(méi)有污染源存在,它們就無(wú)法長(zhǎng)期生存。因此,在新水階段就加入細(xì)菌是否有效,是值得研討的。

勿與消毒殺菌藥劑同時(shí)使用

為了避免凈水細(xì)菌被殺滅,切記勿與消毒殺菌藥劑同時(shí)使用,如果必須使用殺菌藥劑或治療魚(yú)病的藥劑,需等藥物使用至少一星期以上再進(jìn)行使用凈水細(xì)菌。

要注意調(diào)整適合細(xì)菌生長(zhǎng)的溫度

在凈水細(xì)菌的使用過(guò)程中,能有效地控制在最適宜的水溫條件下,當(dāng)然其發(fā)揮的效果也是最理想的。例如:光合細(xì)菌在23-29℃的范圍內(nèi)均能正常生長(zhǎng)繁殖,當(dāng)水溫低于23℃時(shí),它們的生長(zhǎng)逐漸停滯,因此低于23℃的水族箱使用這類細(xì)菌效果較差。

要注意調(diào)整適合細(xì)菌生長(zhǎng)的ph值

在凈水細(xì)菌的使用過(guò)程中,必須注意水質(zhì)酸堿度ph的變化。例如:淡水硝化細(xì)菌在ph值等于中性時(shí)的效果最佳,在酸性水質(zhì)中效果最差,因此若能將水族箱中的水質(zhì)調(diào)整至中性或弱堿性,它的凈水效果會(huì)好一些。而光合細(xì)菌在ph值8.2-8.6的水質(zhì)中最具效果,所以它比較適合用于海水水族箱中的使用。

要注意細(xì)菌之間的共容性

若要同時(shí)放養(yǎng)不同的凈水細(xì)菌應(yīng)該注意細(xì)菌之間的共容性。例如:硝化細(xì)菌和光合細(xì)菌并不適合同時(shí)放養(yǎng)在同一水族箱內(nèi),因?yàn)樗鼈儍艋�水質(zhì)的過(guò)程互有抑制作用,可能會(huì)降低其凈化效果。

要為細(xì)菌提供足夠的可居住空間

如果只讓細(xì)菌生活于水族箱中可能無(wú)法滿足其繁衍上的需要,這會(huì)嚴(yán)重限止細(xì)菌的數(shù)量使其無(wú)法增加。因此,我們應(yīng)該配合生化過(guò)濾系統(tǒng)為細(xì)菌細(xì)菌再創(chuàng)造更多的可居住空間供它們繁衍,以期待它們加速降低有害物質(zhì)以及加強(qiáng)它們分解能力。

一個(gè)新開(kāi)缸的水族箱,第一周最好不要使用硝化細(xì)菌,因?yàn)榈谝恢艿臅r(shí)間里水體不僅不會(huì)產(chǎn)生足夠的氮,胺等物質(zhì),而且水體中的殘留氯還會(huì)抑制硝化細(xì)菌的著床和生長(zhǎng)。建議在開(kāi)缸的第一周每日在水族箱水體中加入適量的光合細(xì)菌,來(lái)分解有害物質(zhì)。

它們可以在這個(gè)團(tuán)體中安定的生活,需要確保的只有它們得具有適當(dāng)?shù)酿ぶ�性質(zhì),以能保留在它們需要停留的地方,并攫取它們所需要的生存資源。但是在養(yǎng)殖池中適合它們生長(zhǎng)的地方似乎不多,使它們的數(shù)量不可能有大量繁衍之機(jī)會(huì)。與其它異營(yíng)性腐生細(xì)菌相較,顯然這是一個(gè)很大的缺陷。

除了棲息環(huán)境很少外,硝化細(xì)菌的生殖很慢,也是一項(xiàng)非常不利的弱點(diǎn)。某些學(xué)者(如Shilo and Rimon,1982;Belse,1984)曾就養(yǎng)殖池中的硝化細(xì)菌作過(guò)生長(zhǎng)及繁殖速度的測(cè)定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)一些常見(jiàn)的亞硝酸菌種平均要花上26小時(shí)才能增殖一倍,而硝酸菌種生殖的周期更長(zhǎng),平均要花上60小時(shí)才能增殖一倍。硝化細(xì)菌在養(yǎng)殖池中的低生殖率,使它們?cè)谖⑸�物的生態(tài)系中僅占有一個(gè)相當(dāng)?shù)偷陌俜致省?/P>

另外,就環(huán)境因子而言,影響硝化細(xì)菌最重要的因子主要有光線、pH值及溫度的變化等,它們僅能在合適的環(huán)境因子中生長(zhǎng)及繁衍,如果這些因子的變化超出了它們所能忍受的范圍,就很容易受到傷害,嚴(yán)重的話,將引起死亡。下面的論述將以這三個(gè)因子為主題,來(lái)談它們脆弱的一面。

光對(duì)硝化細(xì)菌的不良影響是一般人很難想象的,從許多的相關(guān)研究中均顯示光對(duì)硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)及繁殖均有抑制的現(xiàn)象(Johnstone and Jones,1988;Diab and Shilo,1988)。亞硝酸菌對(duì)近紫外線的可見(jiàn)光非常敏感(Alleman,1987),但太陽(yáng)光中普遍含有這種光譜。紫外線對(duì)硝化細(xì)菌的傷害更大。因此在生態(tài)上,硝化細(xì)菌均有避光現(xiàn)象(Alleman,1987)。光線對(duì)硝化細(xì)菌所造成之負(fù)面沖擊(negative impact)的真正原因尚未查出,不過(guò)已知只要將光線減弱,則亞硝酸細(xì)菌的活性又會(huì)逐漸增強(qiáng)(Alleman,1987),因此可推測(cè)硝化作用在黑暗中的效率應(yīng)該比在光照中還要得高。

當(dāng)外界的pH值發(fā)生變化時(shí),某些硝化細(xì)菌(如N. europaea)可以借著調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)(intracelluar)的pH 值作良好的適應(yīng)(Frijink et al.,1992),但大部份對(duì)pH值的改變頗為敏感。對(duì)亞硝酸菌而言,最佳的pH值通常是7.8(Painter,1970;Jones and Paskis,1982;Kumar and Nichols,1983),其生長(zhǎng)和活性則隨pH值的減少而降低,這種低于pH=7時(shí)就表現(xiàn)得特別明顯(Hankison and Schmidt,1988),如果pH值降到低于6以下,可能對(duì)硝化細(xì)菌造成直接的傷害(Alleman,1987)。

在溫度的適應(yīng)方面,一般認(rèn)為最適合硝化細(xì)菌生長(zhǎng)的溫度是25℃,理由是硝化作用所產(chǎn)生之化學(xué)能與進(jìn)行生理代謝所消耗之化學(xué)能兩者相抵消,在這個(gè)溫度之下可能有最大的凈余值。至于溫度的變化對(duì)硝化活性之影響,也有多位學(xué)者加以研究,發(fā)現(xiàn)在溫度低于5℃或高于42℃時(shí),硝化作用已經(jīng)無(wú)法進(jìn)行(Painter,1970),后又發(fā)現(xiàn)硝酸菌忍耐高溫的門坎(threshold)要比亞硝酸菌高約7℃,原因是亞硝酸菌的活性若從7℃開(kāi)始測(cè)定,則隨溫度之升高越來(lái)越強(qiáng),并呈現(xiàn)一種直線正比關(guān)系向上攀升,直到達(dá)35℃后隨即開(kāi)始急速下降,但硝酸菌的活性必須高至42℃后才有急速下降的情形(Wortman and Wheaton,1991)。硝化細(xì)菌在低溫?zé)o法進(jìn)行硝化作用之原因,可能是由于生理代謝受到低溫的干擾發(fā)生代謝失常的現(xiàn)象,而在高溫可能是由于高溫使細(xì)胞內(nèi)的 發(fā)生瓦解(disruption)之故(Alle-man,1994)。