硝化細菌

硝化細菌分類：硝化細菌屬於自養型細菌，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菌。兩類菌均為專性好氧菌，在氧化過程中均以氧作為最終電子受體。大多數為專性化能合成自養型，不能在有機培養基上生長，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。只有少數為兼性自養型，也能在某些有機培養基上生長，例如維氏硝化桿菌（Nitrobacterwinogradskyi）的一些品系。從形態上看，也有多樣，如球形、桿狀、螺旋形等，但均為無芽孢的革蘭氏陰性菌；有些有鞭毛能運動，如亞硝化葉菌，借周身鞭毛運動；有些無鞭毛不能運動，如硝化刺菌。一般分佈於土壤、淡水、海水中，有些菌僅發現於海水中，例如硝化球菌、硝化刺菌。

硝化細菌完全無需專門購買，魚缸中氧含量和有機物多達到正常水平后，1周左右就可以建立起穩定的菌落。硝化細菌也不是藥物，一旦穩定之後，只要環境不發生劇烈變化（如放入殺菌劑、或開水倒入），就可以長期不斷繁殖，完全無需添加。

硝化細菌的生命活動：

亞硝酸細菌（又稱氨氧化菌），將氨氧化成亞硝酸。反應式：

2NH+3O→2HNO+2HO+158kcal(660kJ)。

硝酸細菌（又稱亞硝酸氧化菌），將亞硝酸氧化成硝酸。反應式：

HNO + 1/2 O= HNO, - ⊿G= 18 kcal。

這兩類菌能分別從以上氧化過程中獲得生長所需要的能量，但其能量利用率不高，故生長較緩慢，其平均代時（即細菌繁殖一代所需要的時間）在10小時以上。硝化細菌在自然界氮素循環中具有重要作用。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，有利於機體正常生長。土壤中的氨或銨鹽必需在以上兩類細菌的共同作用下才能轉變為硝酸鹽，從而增加植物可利用的氮素營養。時至今日，人們尚未發現一種硝化細菌能夠直接把氨轉變成硝酸，所以說，硝化作用必須通過這兩類菌的共同作用才能完成。（2015年聖誕節前人類已經成功分離出了可以直接將氨氮轉化為硝氮的細菌，稱為短程硝化細菌，結束了發現硝化細菌后100年來對氮素轉化的教條式認知，特此批註。）我們知道，亞硝酸對於人體來說是有害的，這是因為亞硝酸與一些金屬離子結合以後可以形成亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽又可以和胺類物質結合，形成具有強烈致癌作用的亞硝胺。然而，土壤中的亞硝酸轉變成硝酸后，很容易形成硝酸鹽，從而成為可以被植物吸收利用的營養物質。在硝化細菌的作用下，土壤中往往出現較多的酸性物質。這些酸性物質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，甚至可以使鹼性土壤得到一定程度的改良。所以說，硝化細菌與人類的關係十分密切。農業上可通過深耕、鬆土提高細菌活力，從而增加土壤肥力。但硝酸鹽也極易通過土壤滲漏進入地下水，成為一種潛在的污染源，造成對人類健康的威脅。因此農業上既可採用深耕、鬆土的方法提高細菌活力，亦可通過用施入氮肥增效劑（即硝化抑製劑），以降低土壤硝化細菌的活動，減低土壤氮肥的損失和對環境的污染。

硝化細菌的存活條件：硝化細菌廣泛存在於自然環境中。其存活需要水分及氧氣，只有同時滿足水分與氧氣的供應才能存活。在泥土、沙粒、生化棉、生化球、玻璃環、陶瓷環等各種有微孔的濾材中更宜於大量繁殖。硝化細菌最適宜在弱鹼性的水中生活，在溫度達到25度左右時生長繁殖最快。它的繁殖不遵循分離定律和自由組合定律。

不少魚友對硝化細菌的認識產生了一定的誤解，有的人認為硝化細菌能夠分解糞便；有的認為可以凈化水質，中和水中的懸浮物，這些認識是不準確的，或者可以說是錯誤的，硝化細菌是生產者。

首先先說說分解有機物，這個粗重的體力勞動可不是嬌貴的硝化細菌能完成的，他是靠其它凈水細菌完成的。在水生態循環系統中，若無其它異養性細菌存在，水中將到處充斥未被細菌分解的有機物，此種自我污染的水族環境一樣使魚兒無法生存其中。因此，它們常被視為是水質自凈作用的先鋒部隊，其重要性並不亞於硝化細菌。這類細菌普遍存在於各種不同環境，它們幾乎無所不在，而繁殖速度相當驚人，大部份的異營性凈水細菌，在理想的環境只需幾十秒鐘即可自行增殖一倍，一般只需二十幾分鐘即能增殖一倍。但要是裸缸飼養，我們就要藉助物理循環，把水中的剩餌或糞便吸出。

魚友中不少人去買硝化細菌，按照說明每星期按時添加，這樣做對嗎？可我要告訴大家的是，你們的做法沒錯，可你們對硝化細菌的認識產生的錯誤。菌液為澄清無味或者澄清有味則可能為硝化細菌；如果菌液呈現紅色或者紫色並有尿騷味，則為光合細菌；

魚類的排泄物和未吃過的食物將會轉變為氨（俗稱阿摩尼亞）；那是因為在這些東西里需要氧的細菌會令蛋白質分裂。而氨是有毒的。

生存於氧氣中的硝化細菌，能把氨會轉變為亞硝酸鹽（NO ）；亞硝酸鹽雖然僅有較小的毒性，但仍對魚類有致命的毒害。

亞硝酸鹽及后又被第二種硝化細菌轉變為硝酸鹽（NO ）；而這硝酸鹽幾乎是無毒的，但突然或長期暴露在高濃度的硝酸鹽里是有害的。但幸運地，硝酸鹽的濃度是可以靠更換魚缸的水來降低。

硝酸鹽等會被不依附氧氣而生存的細菌（厭氧性細菌）變為氮氣而揮發，這就是一個完整的「氮化合物循環」。

在養殖池中存在的有毒物質主要是氨及亞硝酸，這兩種有毒的物質可由硝化細菌所消耗，並生成無毒性的硝酸，硝酸又是藻類的最佳氮肥，能被藻類所吸收及同化。因此，在養殖池中絕對不可缺少硝化細菌，如果硝化細菌缺乏，水中的氨含量將急速增加，使池水內的魚蝦有致死的危險。許多人通常不了解這個問題的重要性，以致於常遭遇到養殖失敗的命運。這說明如果您不去了解這個問題的癥結所在，並謀求改善的話，即使是有經驗的業者，都可能會敗在硝化細菌不足的危害之下。

從池水的生態觀點來說，我們是無法防止氨的產生的，但是卻可以設法提高硝化細菌的數量來消耗池水中大量的氨。因為硝化細菌是消耗氨的剋星，只要數量足夠，它們就會很自然地消耗掉每天自產的氨，使氨不會在水中被大量的累積下來，成為水產養殖的隱形殺手。

至於我們應如何做才能提高硝化細菌的數量呢？從理論的角度而論，為硝化細菌塑造一個理想的繁殖場所是最根本的解決辦法。原來硝化細菌在繁衍過程中，有附著於固定物外表的傾向，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，並開始增殖。

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阻礙魚類的活動及不利於撈補。比較可行的處理方式是在過濾系統中安置「生化培養球」，這種產品是專門為硝化細菌提供一個繁衍場所而設計的，它通常是由黑色的塑料骨架所製成，大小約為3 ~ 5 公分直徑的空心球體，並有很大的表面積可供硝化細菌附著。它的原理是讓硝化細菌成為「有殼蝸牛」，增加硝化細菌的生活空間，因此可讓硝化細菌依附在這種人造的球體上進行硝化活動，使濾水中的氨及亞硝酸被硝化細菌所消耗。

添加硝化細菌製劑也是另一種可行的方法，尤其是在做水質檢測發現水中氨濃度偏高時，採用這種方法最有效率。但這種方法只是治標方法，不是治本方法，因為這些製劑在水中被活化成為活菌之後，它們仍然多屬「無殼蝸牛」，在池水中無法增殖，甚至因環境不適而逐漸死亡，故必須定期添加才能發揮預期效果。

硝化細菌製劑是一種用於控制養殖池水自生氨濃度的處理劑，不僅使用相當方便，而且能發揮立竿見影的效果，故越來越受魚友的歡迎。使用時可直接將該劑散佈於池中，不久即能發揮除氨的功效。

市售硝化細菌製劑可分為活菌及休眠菌兩種，漁友可依自己的需要選購使用。前者是利用細菌的活體製成，在顯微鏡的觀察下，可看到它們的活動情形。後者是利用休眠菌製成，在顯微鏡的觀察中，則無法看到它們具有活動能力。

選擇活菌的好處是除氨效果迅速，最適用於氨濃度過高的緊急情況。但是因活菌對氧氣的要求十分嚴格，尤其是硝酸菌屬的細菌只能在有充份氧氣存在下才能生存，正因為如此，要將活菌保存並製成產品，常有保存上的困難，所以在購買這類產品時，要特別注意它的有效使用期限，如果使用過期產品，就除氨的觀點而言，是沒有什麼效率的。

擇休眠菌的優點是能耐久藏，較不用擔心失效的問題，但是因為由休眠菌變成活菌所需的活化時間可能需要數天之久，所以無法使用於緊急狀況之處理，僅適用於日常的水質管理。一般言之，休眠菌的保存期限約為1 ~ 2 年，使用時仍需注意商品所標明的使用期限，以免過期失效。另外，此種產品僅亞硝酸菌屬之細菌能被製成製劑，故使用后可能會有多餘的中間物 no2- 滯留累積於水中，使亞硝酸的濃度有暫時性突然提高的現象，惟對水質不會有明顯之影響。

注意事項

水中有有機污染源，凈水細菌是靠水中有機污染而存活的，如果因為水中沒有污染源存在，它們就無法長期生存。因此，在新水階段就加入細菌是否有效，是值得研討的。

勿與消毒殺菌藥劑同時使用

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

要注意調整適合細菌生長的溫度

在凈水細菌的使用過程中，能有效地控制在最適宜的水溫條件下，當然其發揮的效果也是最理想的。例如：光合細菌在23-29℃的範圍內均能正常生長繁殖，當水溫低於23℃時，它們的生長逐漸停滯，因此低於23℃的水族箱使用這類細菌效果較差。

要注意調整適合細菌生長的ph值

在凈水細菌的使用過程中，必須注意水質酸鹼度ph的變化。例如：淡水硝化細菌在ph值等於中性時的效果最佳，在酸性水質中效果最差，因此若能將水族箱中的水質調整至中性或弱鹼性，它的凈水效果會好一些。而光合細菌在ph值8.2-8.6的水質中最具效果，所以它比較適合用於海水水族箱中的使用。

要注意細菌之間的共容性

若要同時放養不同的凈水細菌應該注意細菌之間的共容性。例如：硝化細菌和光合細菌並不適合同時放養在同一水族箱內，因為它們凈化水質的過程互有抑制作用，可能會降低其凈化效果。

要為細菌提供足夠的可居住空間

如果只讓細菌生活於水族箱中可能無法滿足其繁衍上的需要，這會嚴重限止細菌的數量使其無法增加。因此，我們應該配合生化過濾系統為細菌細菌再創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以及加強它們分解能力。

一個新開缸的水族箱，第一周最好不要使用硝化細菌，因為第一周的時間裡水體不僅不會產生足夠的氮，胺等物質，而且水體中的殘留氯還會抑制硝化細菌的著床和生長。建議在開缸的第一周每日在水族箱水體中加入適量的光合細菌，來分解有害物質。

它們可以在這個團體中安定的生活，需要確保的只有它們得具有適當的黏著性質，以能保留在它們需要停留的地方，並攫取它們所需要的生存資源。但是在養殖池中適合它們生長的地方似乎不多，使它們的數量不可能有大量繁衍之機會。與其它異營性腐生細菌相較，顯然這是一個很大的缺陷。

除了棲息環境很少外，硝化細菌的生殖很慢，也是一項非常不利的弱點。某些學者（如Shilo and Rimon，1982；Belse，1984）曾就養殖池中的硝化細菌作過生長及繁殖速度的測定，結果發現一些常見的亞硝酸菌種平均要花上26小時才能增殖一倍，而硝酸菌種生殖的周期更長，平均要花上60小時才能增殖一倍。硝化細菌在養殖池中的低生殖率，使它們在微生物的生態系中僅佔有一個相當低的百分率。

另外，就環境因子而言，影響硝化細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境因子中生長及繁衍，如果這些因子的變化超出了它們所能忍受的範圍，就很容易受到傷害，嚴重的話，將引起死亡。下面的論述將以這三個因子為主題，來談它們脆弱的一面。

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

當外界的pH值發生變化時，某些硝化細菌（如N. europaea）可以借著調節細胞內（intracelluar）的pH 值作良好的適應（Frijink et al.，1992），但大部份對pH值的改變頗為敏感。對亞硝酸菌而言，最佳的pH值通常是7.8（Painter，1970；Jones and Paskis，1982；Kumar and Nichols，1983），其生長和活性則隨pH值的減少而降低，這種現在低於pH=7時就表現得特別明顯（Hankison and Schmidt，1988），如果pH值降到低於6以下，可能對硝化細菌造成直接的傷害（Alleman，1987）。

在溫度的適應方面，一般認為最適合硝化細菌生長的溫度是25℃，理由是硝化作用所產生之化學能與進行生理代謝所消耗之化學能兩者相抵消，在這個溫度之下可能有最大的淨餘值。至於溫度的變化對硝化活性之影響，也有多位學者加以研究，發現在溫度低於5℃或高於42℃時，硝化作用已經無法進行（Painter，1970），后又發現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℃開始測定，則隨溫度之升高越來越強，並呈現一種直線正比關係向上攀升，直到達35℃后隨即開始急速下降，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）。硝化細菌在低溫無法進行硝化作用之原因，可能是由於生理代謝受到低溫的干擾發生代謝失常的現象，而在高溫可能是由於高溫使細胞內的 發生瓦解（disruption）之故（Alle-man，1994）。