還在神化硝化細菌？其實它在魚缸中只能處理氨氮，作用不那麼靠譜
前幾天釋出了一篇關於如何在魚缸中養水草的文章，在分析水草作用時，“烏鶇與烏龜”指出水草可以直接吸收銨離子，在處理氨氮上，可以代替硝化細菌的作用。有些朋友對“水草能代替硝化細菌處理氨氮”這一說法，反應激烈，認為是“一味貶低硝化細菌的作用”。對於這些朋友的反應，“烏鶇與烏龜”倒是一點也不奇怪。由於廣告的影響（此處為何要說廣告？什麼東西需要廣告？），導致硝化細菌在養魚圈非常出名，可以說是達到了被神化的地步。開缸養水、水質混濁、水有異味、魚缸換水、新魚入缸、處理魚屎殘渣，甚至連魚病了，統統都是加硝化細菌！……如此等等，硝化細菌可謂無所不能，受眾非常多。由於很多朋友對硝化細菌能包治養魚百病，深信不疑，突然出現“烏鶇與烏龜”這麼一個不著調的傢伙，說它的作用也就那樣，甚至連水草都能代替它，有些朋友看不慣也在情理之中。
其實在文章中，“烏鶇與烏龜”並沒有否認硝化細菌的作用，只是指出它的作用就是處理氨氮，除此之外並不具備其他衍生出來的神奇能力。而且處理氨氮的工作，水草同樣也可以做，且效果比硝化細菌更好，不會產生硝酸根（硝氮）積累問題。如果說真有“貶低”硝化細菌的地方，那就是告訴了大家，要理性看待硝化細菌，沒必要把它神化。
不過既然不少朋友對此反應強烈，至少能說明一點，就是那篇文章質量欠佳，並沒有把問題說清楚。因此，“烏鶇與烏龜”決定再寫兩篇文章，溯本正源，詳細起底硝化細菌在魚缸中的作用，以及為何說水草可以代替硝化細菌處理氨氮，算是給這些朋友們一個公開回復，也算是繼續對硝化細菌做一個科普，供感興趣的魚友參考。至於為何要分兩篇文章論述？因為“烏鶇與烏龜”預估了一下，要想把這個問題詳細說明白，至少要差不多一萬字以上。這麼長的文章，而且還是枯燥乏味的科普性質，估計沒有幾個人能耐心讀完，考慮到可讀性，分開來說更好。
一、水體中氮的存在形態和氨氮的危害
說到硝化細菌的作用，就不得不先說下水體中氮的存在形態和氨氮的危害。自然水體中的氮，主要分為有機氮和無機氮兩大類。蛋白質、氨基酸、核酸、醯胺、氨基糖、尿素等都屬於有機氮，其來源和動植物體有關，包括動物的排洩物。無機氮又分為氨態氮（NH3）、銨態氮（NH4+）、硝態氮（包括亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮），其中氨態氮和銨態氮，合稱氨氮。
在上述各種形態的氮中，
銨和硝酸鹽，毒性較小，低濃度下可以認為無害。亞硝酸鹽是有毒的，且具有致癌性，但容易被氧化為硝酸鹽。
有機氮類化合物也是無毒的，且大部分不能被植物直接吸收利用，需要經微生物分解後才可以。
問題就出在有機氮的分解上，
很多細菌、放線菌和真菌等微生物都能分泌蛋白酶，分解有機氮並釋放出氨氣（NH3）。這些微生物稱為氨化微生物，其中主要是細菌，因此又稱為氨化細菌，是它們分解出了氨。
氨氣是無色氣體，有強烈刺激性和毒性，能夠灼傷人體面板、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入過多，能引起肺腫脹，甚至造成死亡。關於氨氣更多知識介紹，“烏鶇與烏龜”建議大家直接用百度app上方的搜尋框輸入“氨氣”，點選搜尋，即有關於它的百科知識。對其物理性質、化學性質、毒性危害等方面，都有詳細的介紹，這裡就不再贅述。
氨氣不僅對人危害很大，對水中的魚類同樣也是如此。雖然我們把氨態氮（即氨氣NH3）和銨態氮（即銨離子NH4+）合稱為氨氮，但
從危害性而言，有毒的主要是氨而不是銨。
雖然有點繞口，但還是希望大家能把它們區分開，不能打錯了靶。
魚缸中氨的來源，主要有兩種途徑。
一是魚食殘渣和魚便等含氮有機化合物（主要是蛋白質）的氨化分解；二是魚呼吸和體內蛋白質等代謝產生的廢棄物，經魚鰓和排洩孔釋放到魚缸水中。
氨氣能夠對魚產生危害，主要原因是因為以下兩點：
（1）氨氣本身是有毒的。
會對魚產生刺激，破壞魚體表、魚鰓和消化道等處的粘膜，進而引起這些組織器官出血，產生病變。同時氨氣也具有神經毒性，會危害魚的大腦和中樞神經系統，嚴重者直接中毒死亡。
（2）氨氣極易溶於水，與水反應生成一水合氨：
一水合氨也是具有刺激性、毒性的物質，並可弱電離出氫氧根離子，呈弱鹼性，可以改變魚缸水的PH值，這些特點都會對魚產生不利影響。然而，
一水合氨更嚴重的危害，是因為它具有組織滲透性，可以透過面板和魚鰓滲透進入魚體內部。
當氨進入血液中時，會與血紅蛋白相結合，造成血液輸送氧氣的能力急劇下降，魚產生缺氧現象，這稱為血氨中毒。所以魚出現氨急性中毒的一個顯著表現就是呼吸困難，大口急促呼吸，直至因窒息死亡。此時即便是爆氧，也無法拯救，因為血紅蛋白已經被氨佔據，血液無法攜氧。唯有緊急換水，或許才有緩解的可能。上文中，我們說對魚產生毒害的是氨而不是銨，原因也正是如此。銨離子沒有組織滲透性，低濃度下對魚並沒有明顯毒性危害，我們要控制的是氨。
因此，氨氣對魚的危害是相當嚴重的，可以說是魚缸裡的頭號殺手。要想養好魚，首要的就是要降低魚缸中氨氣的含量。而絕大多數養魚人，依靠的就是硝化細菌。是時候介紹本文的主角，大名鼎鼎的硝化細菌了。
二、硝化細菌的作用到底是什麼？
在地球氮元素迴圈中，有一類微生物地位十分重要，它們可以將有毒的氨氮，依次轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，這一程被稱為硝化作用，它們也因此被命名為硝化細菌。又根據分工不同，生成亞硝酸鹽的，叫亞硝化細菌；生成硝酸鹽的，稱為硝化細菌。因此，我們通常所說的硝化細菌，實際是包括兩類，即亞硝化細菌和硝化細菌。每一類別當中，都由不同菌屬的細菌所組成，如亞硝化細菌有亞硝化球菌、單胞菌、螺菌和葉菌等；硝化細菌有硝化桿菌、球菌和刺菌等。
硝化細菌將氨氮轉化為硝酸鹽，主要透過以下三個步驟：
（1）銨離子的生成，主要是透過氨氣溶於水，生成一水合氨，進而電離出銨離子，或氨與酸反應生成銨離子：
也許有朋友會問，你說的這個銨離子與硝化細菌有何關係？彆著急，咱慢慢往下看。
和通常理解的不一樣，硝化細菌實際處理的不是有毒的氨，而是幾乎無毒的銨離子。
為何要單獨提出這一說法呢？是因為對於銨離子的處理，除了硝化細菌，其他東西也可以做，有時效果更好，比如我們以後要說到的水草。
（2）亞硝化細菌將銨離子轉化為亞硝酸根離子：
上述反應被稱為亞硝化反應，生成的亞硝酸根離子也是有毒的，且具有致癌性。但好在其容易被繼續氧化，生成低毒的硝酸根離子。
（3）硝化細菌將亞硝酸根離子轉化為硝酸根離子：
上述反應被稱為硝化反應，至此銨離子就被氧化成了硝酸根離子。雖然銨離子和硝酸根離子都是低毒的，但銨離子上面連線著有毒的氨，銨被氧化後，氨要繼續透過平衡反應生成銨，氨也就逐漸被消耗掉（仍然很繞口）。所以也就相當於硝化細菌將有毒的氨轉化為低毒的硝酸根離子，其總的反應方程式可以列為：
以上就是硝化細菌處理氨的基本過程，這也是硝化細菌在魚缸中存在的主要價值，那就是處理轉化有毒的氨，這一作用，確實對養好魚非常重要，可以使魚免受氨氮危害。
三、我們有必要神化硝化細菌的作用嗎？
硝化細菌有效化解魚缸中有毒氨氮的危害，作用確實重要。但據此將其他功能，也安在硝化細菌頭上，甚至將其神化，似乎無所不能，這就沒必要了。比如以下常見的說法：
（1）硝化細菌可以分解魚食殘餌、魚糞便。
這一說法，不知道是從何而來，但確實很多人相信。硝化細菌處理的是氨氮（確切的說是銨），並不是魚食或魚屎。雖然魚缸中的氨氮是由魚食殘餌或魚便，經腐生菌分解而來的，但你能說人吃蘋果就相當於人能啃蘋果樹嗎？硝化細菌是無法分解魚食殘渣和魚便的，分解它們的是腐生菌，分解後的產物氨氮才是硝化細菌的食物。
（2）硝化細菌能夠使水清澈。
能讓水變清，這又是硝化細菌的一個神話。很多朋友說沒錯啊，我加入硝化細菌後，水變渾濁了，然後開了過濾，3-7天以後水就清澈了，這難道不是硝化細菌的功勞嗎？這還真不是，相反，造成水混濁的原因，可能就是你加的“硝化細菌”。
說實話，對於魚缸水質混濁問題，“烏鶇與烏龜”一直很困惑。因為無論是養龜還是養魚，都沒有加過硝化細菌，也沒有出現過在加水初期缸裡白水（渾水）現象。比如這兩個養烏龜的塑膠缸，一開始加水養龜的時候，沒加過硝化細菌，也沒有出現過白水問題，期間換水頻率也不高。特別是從9月20左右一直到目前12月13日，一直沒有換過水，只是在水蒸發變少時，重新加水。水底已經很髒，但水質清澈，魚在裡面仍生活的很好（烏龜已經冬眠了）。顯然這並非硝化細菌的功勞，因為自然形成硝化系統需要很長時間，在開始時無法起作用。
下面新換的這個魚缸，在加入自來水24小時後放入水草，然後再過24小時就開始放魚。一直到今天，差不多快一個月了，也沒有出現過渾水問題。所以，水質的澄清，是靠硝化細菌嗎？顯然不是，因為還沒有聽說過硝化細菌24小時就能自然建立完善的。
反過來再看，很多人都反映，加入硝化細菌後，水先混濁，然後變清，並認為這是硝化細菌在起作用。其實造成水質混濁的原因，恰恰就是加入的“硝化細菌”。
為何這樣說呢？因為活體硝化細菌的儲存，要受到溫度、氧氣、溼度和光照等因素的影響，儲存並不容易，很容易造成死亡，影響活性。就算是粉末狀的休眠期菌，同樣也有保質期，也要受制於上述條件的限制，並非隨便就能儲存下來。所以早就有很多朋友懷疑，目前市面上出售的硝化細菌製劑，特別是低價產品，無論液體還是粉末，裡面大部分是營養物質，少部分才是不知是否有活性的硝化細菌。加入硝化細菌後，水出現混濁，就是因為這些營養物質。和硝化細菌有關的，無論是氨、銨、亞硝酸根，還是硝酸根，溶於水後都是無色透明的，並不會造成水質混濁。而其後水又變清，也不是硝化細菌的原因，真正起作用的是腐生菌，將加入的這些微小顆粒營養物質分解，水才重新變清澈了。
最後不客氣的說，不要說過濾器、爆氧之類的連開3-7天以上，就算你什麼都不做，將水靜置，三天以後也會自然澄清了，這根本就不是硝化細菌的作用，而是水中存在物理吸附和沉降、化學反應與微生物分解等自然淨化過程，都可以使得水變清。
（3）硝化細菌可治療魚病。
硝化細菌能夠治療魚病，也是一個常見的說法。一旦有人在網上反映自己養的魚病了，總會有一批朋友在下面支招：“硝化系統不完善”、“趕緊下硝化細菌”等等之類的說法，將硝化細菌當成了靈丹妙藥。
客觀來說，硝化系統不完善造成魚生病這種說法，還是有道理的。如上文所述，氨在水中的積累，會造成魚生病甚至死亡。硝化系統不完善，意味著對氨的處理不好，確實容易導致魚生病。但魚一生病就推薦下硝化細菌或者歸因為硝化系統不完善，這就說不過去了。
硝化細菌的作用是轉化氨氮，以免造成魚氨中毒，實際上起到的是解毒的作用，平常作為預防氨中毒使用，是可以的。但魚生病，氨中毒僅僅是其中一個方面，更多的是致病性的細菌、真菌和病毒等帶來的。硝化細菌不是殺菌、殺病毒藥，它要如何去治療疾病？相反，此時大量加入硝化細菌，只會使結果更糟，甚至加快病魚死亡。因為硝化細菌是好氧菌，它的繁殖需要消耗水中大量氧氣，可能會造成病魚因缺氧而死亡，得不償失。
因此，
對於硝化細菌在養魚中的積極作用，應該予以肯定，那就是硝化細菌透過轉化氨氮，確實可以預防魚類氨中毒，這是它的主要作用。
除此之外，並沒有其他的所謂功效，如分解魚便、淨化水質、治療魚病等，沒有必要把它神化。
實際上，即便是轉化氨氮，硝化細菌的作用也遠沒有我們想象中那麼強大。
因為硝化細菌的生存能力與其他細菌相比偏弱，並沒有競爭優勢。硝化細菌屬於好氧的自養菌，繁殖速度緩慢，且極易受到水中溶解氧、溫度、PH、光照強度等條件影響，實際對於氨氮的處理非常不穩定。這也是很多朋友的魚缸，硝化系統動輒發生崩潰的原因。
例如從溶解氧來看，多數學者建議應保持1。5-2。0mg/L以上，低於0。5mg/L時，硝化作用趨於停止；溫度則介於15-35℃之間，最適宜溫度是20-30℃，低溫下硝化作用趨於停止；酸鹼度（pH）來看，以微鹼性最好（7。0＜pH＜8。5），且亞硝化細菌和硝化細菌最適宜pH並不相同。因此，硝化細菌的限制條件很多，無法與異養型腐生菌相競爭，其在水中的生態位有限，作用也就沒有宣傳中那麼大。
此外，我們通常只關注硝化細菌對氨氮的轉化，而對於轉化後的硝酸根離子的危害，卻選擇性的忽略了。
沒錯，硝酸根離子單純從毒性上，確實沒有氨嚴重。但濃度高了，其危害同樣不容小覷。例如我國現行的飲用水國家標準（GB5749－2006）中，將硝酸鹽的上限規定為10mg/L，也即意味著超過這一數值，對人體健康就會產生不利影響。
硝化細菌將氨氮轉化為硝酸根以後，並不會將其從魚缸中清除，硝酸根會逐漸在魚缸中積累，濃度越來越大，這可以說是硝化細菌處理氨氮的侷限性。硝酸根濃度大了，一方面增大了水中鹽度，可以產生鹽分脅迫危害；另一方面，硝酸根在缺氧條件下（如底沙中），會重新被反硝化成亞硝酸根，甚至氨，對魚產生毒害。有經驗的魚友，通常是採用定期換水的方法，來稀釋硝酸根的濃度，避免產生危害。
三、結語
氮在水體中，以有機氮和無機氮兩種形式存在。氨氣、銨離子、亞硝酸根離子和硝酸根離子，都屬於無機氮。其中氨和亞硝酸根離子是有毒的，其他在低濃度下都可以視為無毒。有機氮可以被氨化細菌分解出氨氣，產生氨氮危害。硝化細菌能將氨氮轉化為低毒的硝酸鹽，這是它的主要作用。除此之外，類似於硝化細菌可以分解魚食殘渣和糞便、可以淨化水質使其清澈，甚至可以防治魚病等說法，都是沒有道理的“神化”。對於硝化細菌的作用，我們應該理性去看待。
實際上，即便是轉化有毒的氨氮，硝化細菌的作用也沒有宣傳中那樣強。因為硝化細菌是自養型菌，繁殖速度緩慢，且極易受到溫度、酸鹼度pH、溶解氧等環境條件變化的影響，對氨氮的轉化是不穩定的。單純依靠硝化細菌，是無法真正養好魚的，對此我們也應該要有一個清醒的認識。
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