硝化系统
一、前言
硝化系统是硝化反应系统的简称，指硝化细菌将氨（NH3）氧化为亚硝酸盐（NO2－），或将亚硝酸盐氧化为硝酸盐（NO3－）的反应系统。负责执行这项任务的硝化细菌，分别是「亚硝酸菌」及「硝酸菌」：在有氧气存在时，首先由亚硝酸菌把氨氧化为亚硝酸盐，其次由硝酸菌再把亚硝酸盐氧化为硝酸盐。
氨是养鱼过程中的必然产物！因为氨有剧毒性，只需在极低浓度之下，可能就对健康的鱼只产生足以致命的威胁，而氨可藉由硝化系统将之消除，因此若能藉由硝化细菌的硝化作用，不断地把氨给消除掉，将能使养殖鱼类之健康与安全获得更大的保障。笔者有鉴于此，特别针对「如何在水族缸中建立硝化系统」之热门话题，采访柯老师（注：柯老师以前的硕士论文与此有关），希望听听他的看法。
在访谈中，柯老师表示：「若能在纯养鱼缸的过滤器中提供足够的生物滤材供硝化细菌着床，以及能让富含氧气的循环水充分且不断地流经过滤系统，硝化系统自然就能自动建立，只是时间迟早的问题而已。因此，想在水族缸中建立硝化系统绝对不是问题，如何在硝化系统尚未建立之前，避免鱼类受到氨毒的伤害，才是我们应该关切的重点！」以下是这次采访过程的摘要。
二、氨化作用与氨的累积
氨化作用是指鱼排泄物（如粪便）或残饵，经由「氨化细菌」（异营性细菌之一）分解之后，将其中可利用之残留蛋白质转化成氨之作用。经由氨化作用之运作，可将排泄物及残饵清除，但却将副产的氨释放于水中，它可能对鱼类造成严重的伤害。所幸，藉由硝化细菌之硝化作用，能把水族缸所衍生的氨消除，最后让水质得以有获得净化之机会。
氨化作用是由氨化细菌来执行的，这类细菌能在水族缸中自生。由于它们的生长及繁殖速度极为快速，在水族缸中能迅速形成庞大的族群，并能够很有效率地分解有机废物，使有机污染指数（如BOD）得以降低，不过却将氨直接排泄于水中。这时候如果没有足够的硝化细菌数量，藉以发挥更高效率的硝化作用，把这些氨及时消除掉，那么氨的生产速度必快于被消费速度，易使氨在水族缸中造成累积现象，进而发生毒害问题。
在水族缸中，硝化细菌的来源，就如同氨化细菌一般亦能自生，而且也能形成另一庞大的族群，不过这得需要一些时间才行！因为硝化细菌的生长及繁殖速度相当缓慢（比长在玻璃上的青苔还慢），所以在鱼类放养初期，经常无法繁殖出足够硝化细菌数量，藉以进行有效率的除氨功能。职是之故，鱼类发生氨中毒事件，主要是在鱼类放养初期造成的（新缸症候群）。例如，有些人把新买的鱼，一次悉数放养至新布置的水族缸中，大约过了一星期之后，鱼就开始一只只的暴毙，虽然令人感到有些心疼，不过会发生这事件可是一点也不意外。
三、氨、亚硝酸盐及硝酸盐浓度的消长
1. 氨浓度的消长：把新买的鱼放养至新布置的水族缸中，立即会激活氨化作用的反应机制，藉由氨化细菌对鱼排泄物的分解作用开始产生氨。随着鱼排泄物数量逐渐增加，以及氨化细菌不断快速增殖及消费，氨的产量也迅速增加。例如，由0 ppm → 0.1 ppm → 0.5 ppm → 0.8 ppm…等。经过一段时间之后，由于亚硝酸菌在生物滤材表面逐渐形成菌落，并开始消费循环水中的氨，使氨的浓度增加速度减缓，甚至于逐渐下降，因此氨浓度的消长，形成一钟形曲线的走势，最后仍可能回归至0 ppm或极接近0 ppm的水准。
2. 亚硝酸盐浓度的消长：亚硝酸盐的消长过程与氨相似，不过它的激活时间较慢，基本上也是形成一钟形曲线的走势。即随着氨浓度逐渐增加，以及亚硝酸菌不断增殖及消费，亚硝酸盐的产量也逐渐增加，但硝酸菌也在这时候开始消费亚硝酸盐，结果亚硝酸盐的浓度变化，可由0 ppm → 0.05 ppm → 0.08 ppm → 0.1 ppm…等不断增加，直到达到一个高峰值之后又逐渐下降，最后仍可再回归至0 ppm或极接近0 ppm的水准。一般而言，它的钟形曲线之高峰值通常比氨低，但基座比氨广，有些接近碟形。
3. 硝酸盐浓度的消长：硝酸盐浓度的消长过程，与氨及亚硝酸盐不同，而且激活时间也最慢。由于亚硝酸盐受到硝酸菌不断增殖及消费的结果，使得硝酸盐浓度有逐渐增加之倾向，复因在水族缸中，往往缺乏足以让「脱氮细菌」发生厌气性分解之有利条件，使得硝酸盐成为氮循环的最终产物，无法再还原为其它低氧化态的氮化合物，因此它的浓度只会持续增加而不会减少。若要硝酸盐浓度减少，除非不再喂鱼（很难办到），或只能*局部换水才能达到目的。
四、如何从养鱼过程中建立硝化系统
在水族缸中，氨的累积浓度与养鱼数量成正比，与水量成反比。因此养鱼数量越少，水量越多，氨的累积浓度一定较低。若明白这道理，我们也可以一边养鱼，一边进行硝化系统之建立。此种从养鱼过程中建立硝化系统，可称得上是最自然的建立方法。
本法为在一定水量中，利用对养鱼数量的控制，使氨的累积浓度不足以达到危害鱼类的程度，但仍能够作为有效培养硝化细菌的能源。在实际操作时，必须将欲饲养的鱼类分成若干阶段放养，使每阶段在放养期间，氨的累积浓度都能控制在安全范围之内。如此一来，就不致于发生氨中毒事件，而硝化系统也能在最后的放养阶段被建立起来。
具体的作法如下：假设在一定量水体中鱼类合理的饲养量是12只，我们可以考虑在45天以内分三批放养（因硝化系统之自然建立通常约需要45天左右的时间）。例如，每个隔约15天放养一批。第一批只放养二只，第二批放养5只，第三批放养7只。在放养期间，喂食一切正常，不必减量喂食，但仍需定期局部换水，同时最好再配合氨及亚硝酸盐的检测。在这过程中，可以不必添加任何硝化细菌制剂（硝化细菌会自生）。
五、如何在未养鱼之前先建立硝化系统
「养鱼先养水、养水先养菌（硝化细菌）」这是在未养鱼之前先建立硝化系统的主要凭借。由于硝化细菌是一种「自营性生物」（水草也是），所以必须针对它营养的需求，提供必要的无机养分，才能让它有成长及繁殖之机会。
硝化细菌就如同水草一般，可以将二氧化碳与水合成有机物，所不同的是，水草系利用「光能」来进行这反应，而硝化细菌则是利用氨或亚硝酸盐氧化所获得之「化学能」来进行这反应。除此之外，硝化细菌也像水草一样，必须吸收无机养分才能正常成长及繁衍，而且二者的必要养分几乎完全相同。了解硝化细菌的营养特性之后，我们就可以在未养鱼之前，事先培养足够的硝化细菌，藉以建立硝化系统。
具体的作法如下：取适量的铵盐（例如硫酸铵）溶于缸水中，最好能控制总氨量约200 ppm（只是建议量，因为在这浓度之下，休眠菌较能快速活化，以及较能确保硝化细菌有足够的繁殖数量），再添加适量的水草液肥（需含有磷的成分），然后加入适量的硝化细菌制剂（最好是活菌），不定期调节pH值，使pH经常保持为弱碱性（使用小苏打调节最理想，亦可兼作为碳源）。养菌期间，过滤操作系统必须保持24小时的激活状态，但不换水。一星期之后，开始定期（如每隔2-3天）测试总氨量、亚硝酸盐，以及硝酸盐的浓度各一次，直到最后的测试结果为：总氨量和亚硝酸盐均接近0 ppm，而硝酸盐呈现高浓度状态，就表示硝化系统已经建立。这时候，可以换水，并开始放养鱼类。
| 
| 帮助
