硝化细菌和生物过滤器
第二章讨论了硝化细菌在整个水生过程中的重要作用。 硝化细菌将主要作为氨进入系统的鱼废物转化为硝酸盐，作为植物的肥料（图 5.1）。 这是一个两步的过程，涉及两组不同的硝化细菌。 第一步是将氨转化为亚硝酸盐，这是由氨氧化细菌（AOB）完成的。 这些细菌通常由最常见的群组 * 硝基体 * 的属名称称称为。 第二步是将亚硝酸盐转化为硝酸盐是由亚硝酸盐氧化细菌（NOB）完成的。 这些通常由最常见的组 * 硝基杆菌 * 的属名称称称为。 在这些群体中有许多物种，但为了本出版物的目的，个体差异并不重要，它是更有用的考虑作为一个整体。 硝化过程发生如下：
AOB 细菌将氨 (NH) 转化为亚硝酸盐 (NO₂ -)
NOB 细菌然后将亚硝酸盐 (NO2-) 转化为硝酸盐 (NO-)
硝化，因此，健康的细菌群落对于一个运作的水生系统至关重要。 硝化细菌的繁殖和建立菌落相对缓慢，需要数天甚至数周，因此农民的耐心是建立新的水生系统时最重要的管理参数之一。 许多水族馆和水族馆系统已经失败，因为在细菌的殖民地完全发育之前添加了太多的鱼。 还有几个其他关键参数可以支持硝化细菌。 一般来说，细菌需要一个大而黑暗的位置，以便在良好的水质、足够的食物和氧气的情况下进行殖民。 通常，硝化细菌在生物过滤器上形成粘糊糊的、浅棕色或米色的基质，并具有独特的气味，难以描述，但没有特别的气味，这可能表明其他微生物。
# 高表面积
具有高比表面积 (SSA) 的生物滤滤材料是发展大量硝化细菌群的最佳选择。 SSA 是界定某一特定体积介质暴露面积的比率，以平方米每立方米 (平方米 2 /m 3 ) 表示。 在一般情况下，介质中的粒子越小，更多的是可用于细菌殖民的表面。 这可以实现更高效的生物过滤。 有许多此类材料被用于水生物学，无论是生长培养基还是用于生物过滤，例如火山砾石、膨胀粘土、商用塑料生物过滤球和植物根系。 本手册中考虑的火山凝灰岩和 Bioballs® 分别有 300 平方米 2 /m 3 和 600 平方米 2 /m 3 ，这是一个足够的 SSA，使细菌能够繁殖。 表 4.1 和附录 4 总结了水生生物中使用的不同培养基的其他特征和 SSA。 如果生物过滤器材料不是理想的，而且表面积与体积比较低，则生物过滤器应该更大。 超大的生物过滤器不会损害水生系统，虽然过大的生物过滤器会增加不必要的费用，但过剩的生物滤清能力使许多系统免于崩溃。
水 pH 值
硝化细菌在 6-8.5 的 pH 范围内发挥充分的功能。 一般来说，这些细菌在 pH 值较高时工作效果更好，* 硝基体 * 组倾向于 pH 值 7.2-7.8，而 * 硝基杆菌 * 组则倾向于 pH 值 7.2-8.2。 然而，水生动物的目标 pH 值为 6-7，这是该生态系统中所有生物之间的妥协。 硝化细菌在此范围内充分发挥作用，细菌活性的任何下降都可以用较大的生物过滤器抵消。
水温
硝化细菌的最佳温度范围为 17-34 °C，促进生长和生产力。 如果水温下降到这个范围以下，细菌的生产率会降低。 特别是，* 硝基杆菌 * 组对低温的耐受性低于 * 硝基体 * 组，因此，在寒冷时期，应该更仔细地监测亚硝酸盐，以避免有害累积。
# 溶解氧
硝化细菌在任何时候都需要在水中含有足够的 DO 水平，才能健康生长并保持高生产力。 硝化是一种还原/氧化（氧化还原）反应，当氧气与氮相结合时，细菌获得生存的能量。 DO 的最佳水平为 4-8 毫克/升，这也是鱼类和植物所需的水平。 如果溶氧浓度低于 2 毫克/升，则不会发生硝化。 通过将曝气专用于生物过滤器，通过介质床中的洪水和排水循环、外部生物过滤器中的空气结石，或者通过水联回水线进入运河和水槽，确保充分的生物过滤。
紫外线
硝化细菌是光敏感的，直到它们完全建立一个殖民地，阳光可能会对生物过滤器造成相当大的伤害。 介质床已经保护细菌免受阳光照射；但如果使用外部生物过滤器，请务必保持阴影，避免阳光直射。
监测细菌活动
如果所有这五个参数都得到尊重，可以安全地假设细菌存在并正常运作。 也就是说，细菌是如此重要的水生动物，这是值得了解细菌的整体健康状况在任何给定的时间。 然而，细菌是微观的生物，如果没有显微镜，就不可能看到它们。 有一个简单的方法来监测细菌功能；氨、亚硝酸盐和硝酸盐的测试可提供有关细菌菌落健康的信息。 氨和亚硝酸盐应始终为 0-1 毫克/升，在一个功能和平衡的水生单元。 如果任何一种是可检测到的，它表明硝化细菌存在问题。 发生这种情况有两种可能的常见原因。 首先，生物过滤器对鱼类和鱼类饲料量来说太小。 因此，有一个不平衡，有太多的鱼。 为了纠正，要么增加生物过滤器的尺寸，要么减少鱼的数量，要么减少鱼的喂养方式。 有时，当系统开始平衡时，鱼类较小，但逐渐变得不平衡，随着鱼类的生长，并用相同尺寸的生物过滤器喂养更多时，可能会出现这个问题。 其次，如果系统的大小是平衡的，那么细菌本身可能无法正常运作。 这可能表明水质存在问题，应检查上面列出的每个参数。 通常，这可能发生在冬季，因为水温开始下降，细菌活动减慢。
- 资料来源：联合国粮食及农业组织，2014 年，克里斯托弗·萨默维尔、莫蒂·科恩、爱德华多·潘塔内拉、奥斯汀·斯坦库斯和亚历山德罗·洛瓦泰利，小规模水生粮，http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf。 经许可复制。 *