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硝化细菌与水产养殖
中国药科大学 丁峻 。
近年来硝化细菌在降解亚硝酸盐方面，已成为水产养殖界的热门话题，然而硝化菌在降低氨氮、PH值、保护水色、强化有益藻类抑制有害藻类、防止水体老化等方面也有着十分重要的作用。本文将硝化细菌的概念、在养殖水体中的用途及相关一些问题作一个简要论述。
一、硝化细菌简介
硝化细菌是一种需氧化能型自养菌，可分为两大类，第一类为亚硝酸菌，是唯一能将氨氧化为亚硝酸盐的一种细菌；第二类为硝酸菌，是唯一能够将亚硝酸盐转化为硝酸盐的细菌。亚硝酸菌生长较快，一般情况下水体中不缺，而硝酸菌生长很慢，常需要补充，下面所讲的硝化细菌都为第二类即硝酸菌。
硝化细菌作用于亚硝酸盐，立即产生并释放出硝化酶，在硝化酶的作用下，亚硝酸盐与氧发生硝化反应生成硝酸盐，并产生能量，其反应方程式如下：
NO2-+1/2O2→NO3-+17.8Kcal/mol (1)
上述反应中，氮由正三价变成正五价，并产生17.8 Kcal/mol的热量，这些热量用于形成ATP并储存其中，硝化细菌以此能量将二氧化碳与水合成得到有机物C6H12O6，其生化反应如下：
6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2 (2)
从而菌体细胞得到生长。
硝化细菌主要以二分裂方式繁殖，生长速率很慢，一般繁殖一代约需20至40小时。影响硝化细菌生长速率的主要因素有温度、溶氧量、pH值、有机污染和无机盐含量等。
二、养殖水体中硝化细菌的作用
由于硝化细菌能够将亚硝酸盐转化为硝酸盐，因此 在养殖水体中有三大作用 ：一是降低水体中亚硝酸盐的含量，维护养殖物的生长；二是增加水体中硝酸盐的含量，促进水体中有益藻群的生长；三是减少水体中的碱性物质，增加酸性物质，降低PH值。
1、低水体中亚硝酸盐的含量，维护养殖物的生长
众所周知，亚硝酸盐对细胞是有毒害的，而对养殖物而言，其危害更大，主要表现为：①能和水中的氨产生协同作用，增加氨的毒性，毒害细胞，直接威胁养殖物的生命，严重时会造成大批死亡。②能使养殖物的携氧能力逐渐丧失。这是一种慢性中毒现象，亚硝酸盐由养殖物的鳃部进入血液循环系统，破坏红血球，将血红素中亚铁离子氧化，使之转化为变态的血红素，导致血液携氧能力丧失。养殖物的生长特性是喜欢栖身于水体的底部，而底部的含氧量本身就较低，所以当发生亚硝酸盐中毒后会发生偷死、闷死等慢性死亡现象，如果在遇到阴天、雨天、台风等恶劣天气，情况就更为严重；③影响代谢功能。亚硝酸盐的毒性可使养殖物的代谢器官功能下降，导致食欲不振、体力衰退、易患病、应急能力降低。
可喜的是，亚硝酸盐引起的中毒症状是可逆转的，只要将亚硝酸盐的含量降下来，中毒症状都可逐渐消除。
硝化细菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐，降低了水体中亚硝酸盐的含量，减轻甚至完全解除亚硝酸盐对养殖物的毒害，使养殖物消除慢性死亡、恢复活力、应急能力加强、吃食量增加、生长速度加快，维护了养殖物的生长。
2、增加水体中硝酸盐的含量，促进水体中有优势藻群的生长
藻类生长的三大要素是碳源、氮源和光照。最佳碳源为二氧化碳，而最佳氮源是铵与硝酸盐的混合物，其混合比例为1：4，随着这个比例发生变化(其它生长条件不变)，藻的生长就会受到限制，众多试验表明，这个比例在随着铵的升高和硝酸盐的降低，藻的生长越来越差，以5：0者最差。水体中，若硝酸盐的含量不足，必将导致原有的优势藻群老化，而原有的一些劣势藻会趁机大量繁殖，引发水质恶化，严重时可能会引发藻类全部死亡。
硝化细菌能将亚硝酸盐转化为硝酸盐，增加了水体中硝酸盐的含量，维护了优势藻群的健康生长，从而可保持有益藻处于优势地位，并通过生物竞争抑制有害藻的生长、防止水体老化。
3、减少水体中的碱性物质，增加酸性物质，降低PH值
造成水体PH值升高的主要原因是水体中氨的含量较高，对这种情况，即使施用酸性物质(如草酸、乳酸、柠檬酸、盐酸等)，也只能是暂时控制，但不能长久，其原因是氨与酸性物质作中和反应生成铵，但水体中氨和铵是可以相互转化的，它们受控于水体的温度、二氧化碳的含量、菌与藻的生长情况及养殖密度、饲料的投放量等，所以当酸性物质被利用后，氨很快又会生成，PH值重新升高。
硝化细菌与亚硝酸菌是共生菌，能促进亚硝酸菌的生长，降低氨氮，减少水体中的碱性物质；另一方面，氨氮在硝化细菌的作用下向亚硝酸盐转化、亚硝酸盐向硝酸盐转化，这一过程是一个产酸的过程，产生硝酸。因此硝化细菌能减少水体中的碱性物质，增加酸性物质，降低PH值。硝化细菌降低PH值具有标本兼治的作用，且维持时间较长。
应当注意的是水体的PH值高，一般情况下是由于缺少亚硝酸菌造成的，而亚硝酸菌与硝化细菌同属自养菌，它们的生长除需要氨氮和亚硝酸盐外，还需要其它无机营养盐与微量元素的参与，亚硝酸菌不生长说明水体中缺乏无机营养盐与微量元素。因此若用硝化细菌降低水体的PH值，应先添加无机盐与微量元素，再用硝化细菌。
三、影响硝化细菌作用的几个因素
溶氧：由方程(1)可以看出，氧是硝化作用不可缺少的因素，耗氧量的多少，取决于水体中亚硝酸盐含量的高低，一般来说氧化1ppm亚硝酸盐约需0.4至0.8ppm氧。因此对亚硝酸盐含量较高而溶氧量又较低的池塘，使用硝化细菌后应注意补充溶氧。
PH值：硝化细菌较喜欢生长在弱碱性环境中，范围为7.5到9.0，与池塘水体PH值基本相符
温度：硝化细菌较生长适宜的温度在20至30度之间，与池塘水体温度基本相符。
有机污染：硝化细菌为自养菌，有机污染对它的生长有一定的影响。
无机盐与微量元素：硝化细菌属自养菌，它的生长除需要亚硝酸盐外，还需要其它无机营养盐与微量元素的参与，如果水体长期没有补充过无机盐与微量元素，则在使用硝化细菌前应予补充，否则会影响使用效果。
四、养殖水体的现状
在现代养殖特别是高密度养殖中，①由于大量的有机污染物占据了硝化细菌的生存空间，致使水体中硝化细菌的数量在逐渐减少；②各种其它微生态制剂的使用，消耗掉硝化细菌生长所需的无机营养盐，使水体中硝化细菌的数量严重不足；③消毒剂的使用更是使原本很少的硝化细菌频临绝迹。当然，亚硝化细菌也会在临这些情况，但由于亚硝化细菌比硝化细菌的生长速率快得多，所以当上述不利因素消除后，亚硝化细菌很快就能生长起来，而硝化菌则不然，从而造成水体中亚硝酸盐含量升高、进而引起单细胞藻类生长不旺、水体老化、含氧量降低、转水、倒藻等现象，致使养殖产品出现中毒、生长速度降低、慢性死亡等。
五、需要关注的几个问题
1、为什么说硝化细菌所起的作用是其它微生物不可替代的？
反硝化细菌：反硝化细菌的作用是将亚硝酸盐转化为氨氮。在这一过程中约有15%的氮变成氮气，但绝大部分转化为氨，氨的毒性远在于亚硝酸盐，且中毒症状是不可逆转的，因此使用反硝化细菌会导致水体中氨的含量升高；另外反硝化细菌也能将硝酸盐还原成亚硝酸盐，影响优势藻群的生长、增强的毒性。
枯草芽胞杆菌、光合细菌、酵母菌、放线菌等：这一些菌也不能够代替硝化细菌的功能。其原因是这些微生物并不能够分解和转换亚硝酸盐为硝酸盐。这些菌消耗亚硝酸盐只是将亚硝酸盐作为它们生长所需的一种氮源，因此所消耗的量十分有限，
2、为什么说在整个养殖过程必须定期投放硝化细菌？
在养殖池中添加的硝化细菌，对养殖水体来说它们是外来菌，很难在养殖池中固定下来，一段时间后它们就会死亡，所以为保证养殖物健康、快速地生长，必须定期添加硝化细菌。
3、为什么在使用消毒剂后一定要添加硝化细菌？
使用消毒剂的目的是杀灭有害病菌，保护水产动物的健康生长。但目前所使用的消毒剂都是广谱型的无选择性杀菌剂，它们在杀灭有害病菌的同时，也杀灭了大量的有益菌，硝化细菌也不能除外。硝化细菌的生长速度很慢，而相对于硝化细菌来说，亚硝化细菌等其它菌类(也包括有害菌)的生长速度要快得多，因此在水体中很快就会积累起大量的亚硝酸盐。在自然界中，大概需要一个月以上的时间硝化细菌才能生长起来，而养殖池中由于有机污染等原因硝化细菌的生存条件比自然界要差得多，因此所需的时间更长。一般在消毒三天后要添加硝化细菌
4、为什么在使用增氧剂后也要添加硝化细菌？
增氧剂都是强氧化剂，遇水后释放出活性氧原子，它们具有较强的杀菌作用。尤其是颗粒型的增氧剂，其活性氧原子主要释放在水体底部，而硝化细菌也生活在水体底部，会被大量杀死，所以在使用增氧剂一天后也应添加硝化细菌。
5、硝化细菌可以和其它微生物能配伍使用吗？
蛭弧菌对硝化细菌也有裂解作用，所以硝化细菌不宜和蛭弧菌配合使用，除此之外硝化细菌可以和绝大多数微生物配伍使用。
6、硝化细菌的安全性如何？
硝化细菌安全无毒，不会对养殖环境和养殖物构成任何威胁。但对亚硝酸盐含量较高而溶氧量又较低的池塘，使用硝化细菌后应注意补充溶氧，否则可能会导致水体短暂缺氧。
7、硝化细菌制剂包装、贮存有何要求？
硝化细菌不生芽孢、不产孢子，因此如做成液体或普通固体的制剂，其菌体很快会死亡，保质期很短。硝化细菌制剂最好做成冻干粉，然后根据冻干粉的浓度再用彭润土或沸石粉等载体稀释，载体的含水率不超过5%，PH在6至8，包装最好采用无氧真空包装，在避光、30Co以下存放，南京骏派生物科技有限公司微生物实验室保质期实验证实：产品在此条件下存放六个月硝化细菌含量无明显变化。
8、硝化细菌制剂的使用量与使用方法如何？
硝化细菌制剂的使用量与硝化细菌的菌种和培养方法有很大关系，以南京骏派生物科技有限公司生产的硝化细菌制剂为例，浓度约104/g，使用剂量为1kg/亩(水深1.5米)，在使用硝化细菌制剂后3天，亚硝酸盐浓度降低50%以上。
硝化细菌使用前不需活化，用水稀释后立即使用，使用时应避开中午烈日的时间段，
总之，硝化菌在降低氨氮、亚硝酸盐、PH值、保护水色、强化有益藻类抑制有害藻类滋生、防止水体老化等方面有着十分重要的作用。台湾学者柯清水早在1999年就指出：现代集约化养殖离不开硝化菌。我们相信，硝化细菌一定会为我国的水产养殖事业做出重大贡献。
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