在观赏水族中，海水观赏鱼由于其色彩艳丽，形态多姿，在中高档名贵观赏鱼中大受欢迎[1 -2].但目前海水观赏鱼存在着饲养困难、易死亡、海水获得难等问题，其最主要原因是海水水族箱中硝化功能在水族箱中不易建立，水处理能力较弱，海水水质不够稳定[3].水族箱的硝化功能建立与否可以通过测定水中的不同形态氮浓度的时间变化来判断。一般来说，当水中的 NO-2浓度出现一个峰值后被转化为NO-3,就表明硝化功能开始建立[4]; 当 NO-3浓度持续增加并出现一个稳定峰值后，一个成熟硝化功能的水族箱就构建完毕，这个时间越短，说明这种生物滤料构建的水族箱硝化功能建立越快，而这种生物滤料最应该被推荐为在水族箱开缸养水期时使用。
本文采用天然海水构建水族箱，比较研究滤料对海水水族箱硝化功能建立速度的影响，以期为科研人员和水族爱好者在构建海水水族箱开缸养水期间快速建立一个稳定的硝化系统时提供参考。
1 材料与方法
1. 1 材料
1. 1. 1 菌剂
选用法国科迪 BIO DIGEST 超级活性硝化细菌，接种方法及接种量依据厂家说明。
1. 1. 2 基质
选择珊瑚砂、白砂、陶瓷砂、石英砂、生化棉5 种生物滤料。珊瑚砂、白砂、陶瓷砂、石英砂均属于沉底式，粒径分别为 5 ~ 50,1 ~ 5,10 ~ 20,3 ~ 10 cm.生化棉属于上浮式滤料。生物滤料使用量均为 500 g,采用 121 ℃ 高温处理 0. 5 h 进行灭菌处理。
1. 1. 3 海水
采自浙江温州洞头海域，pH 值 8. 0 ~ 8. 4,盐度 3. 1% ~3. 2%.
1. 1. 4 试验仪器
SEAL AutoAnalyzer 3 全自动连续流动分析仪、YSI 556 水质分析仪。
1. 2 处理设计
试验水族箱为 45 cm × 25 cm × 20 cm 的玻璃缸，盛水量为 20 L.试验前用 50 mg·L- 1KMnO4浸泡消毒72 h.设置5 个处理组和 1 个对照组，处理组添加珊瑚砂、陶瓷砂、白砂、石英砂、生化棉，对照组无基质，每组设 2 个重复。在试验开始阶段，分别向处理组和对照组中投加活性硝化细菌15 mL 和 NH4Cl,使 NH+4初始浓度为 10 mg·L- 1;试验过程中利用自动控温和充气装置保持水族箱温度 （ 25 ± 1） ℃，DO > 5 mg·L- 1.试验开始后每24 h 测定每个水族箱 NH+4,NO-2浓度； 每72 h测定 NO-3浓度，取样后补水至 20 L.试验共持续60 d.
1. 3 分析方法
NH+4,NO-2,NO-3的测定分别采用次溴酸盐氧化法、萘乙二胺分光光度法和镉柱还原法，具体方法参照海洋监测规范第 4 部分-海水分析[5].
2 结果与分析
2. 1 NH+4浓度变化从图1 可知，各处理 NH+4浓度均呈下降趋势，但下降速度存在差异。试验进行 5 d 后，陶瓷砂、白砂、珊瑚砂中的 NH+4浓度由 10. 0 mg·L- 1降至0. 1 mg·L- 1以下； 石英砂需要 6 d,生化棉需要15 d; 对照组 NH+4下降速度最慢，需要 45 d 才能降至0. 1 mg·L- 1以下。随后各处理的水族箱 NH+4浓度出现一定波动，但均保持在 0. 13 mg·L- 1以下。
2. 2 NO-2浓度变化从图 2 可知，各处理的 NO-2浓度均呈先快速升高，而后维持一段时间峰值后下降的趋势。试验进行8 d 后，陶瓷砂、白砂和珊瑚砂处理中的 NO-2浓度达到峰值，分别为 10. 01,10. 07 和 10. 22 mg·L- 1,随后开始下降，分别在 28,25 和 23 d 时降至安全浓度 （ 0. 1 g·L- 1） 以下，并一直维持在此浓度水平直至试验结束； 石英砂和生化棉处理的NO-2浓度分别在 10 和 18 d 时达到峰值，分别为10. 52 和 10. 54 mg·L- 1,此后开始下降，分别在40 和 52 d 降至 0. 1 mg·L- 1以下。对照组 NO-2浓度呈现先快速后缓慢的上升趋势，未出现下降过程，在 28 d 时快速升至 7. 66 mg·L- 1后，缓慢升至 8. 80 mg·L- 1,最后趋于稳定。
2. 3 NO-3浓度变化从图 3 可知，前8 d,各处理的 NO-3浓度基本维持在海水初始浓度 2 mg·L- 1左右。之后，珊瑚砂、陶瓷砂、白砂和石英砂处理中 NO-3浓度呈快。
速上升趋势，但上升速度存在明显差异。珊瑚砂处理在 24 d 时达到峰值 11. 89 mg·L- 1,之后基本维持不变。陶瓷砂、白砂和石英砂处理的上升速度略小于珊瑚砂，分别在 30,30 和 44 d 时分别达到峰值11. 59,12. 09 和11. 67 mg·L- 1,之后基本维持不变。生化棉处理的 NO-3浓度在 21 d 时才开始快速上升，56 d 时达到峰值 11. 73 mg·L- 1.对照组在试验期内未出现显着变化，浓度始终在初始浓度水平。图 3
3 讨论
鱼类代谢、残饵、粪便的分解，会在海水水族箱中产生大量有机氮废物，这些废物经过异养性细菌快速分解后，会产生对鱼类毒性巨大的 NH+4和NO-2[6].通常认为，一个正常的海水水族箱 NH+4浓度应控制在 0. 1 mg·L- 1以下，NO-2浓度应控制在 0. 3 mg·L- 1以下[7].在自然水域通过硝化细菌的硝化作用维持着整个氮循环过程的平衡，防止水体 NH+4和 NO-2的积累而危害鱼类的健康。而在海水水族箱这种人工生态系统中，都需要一段很长的时间，才能模拟建立这种硝化细菌生态系统[3].
硝化细菌是一种自养型细菌，其作用分两个阶段完成，第一阶段为亚硝化，即氨氧化细菌将氨氧化为亚硝酸的阶段； 第二阶段为硝化，即亚硝酸盐氧化细菌将亚硝酸氧化为硝酸的阶段。第二阶段是决定反应速率的关键阶段[8],控制着硝化作用的整个过程[9].硝化细菌需要一定的生长空间使其附着生长，所以要提供足够的菌床，这个菌床就是生物滤料。
因此不同特性的生物滤料对硝化细菌的附着有一定的影响。研究表明，试验所选用的 5 种生物滤料都能加快水族箱硝化功能的速度，但不同滤料之间也存在一定差异，这主要与硝化细菌的分阶段作用机制及滤料特性有关。孔小蓉等[10]研究表明，比表面积较大的滤料，有利于硝化细菌的生长。本研究同样验证了这一点。珊瑚砂由于孔隙多，比表面积大，使得珊瑚砂水族箱硝化功能的建立时间短于其他 4 种滤料。而生物棉处理的水族箱硝化功能建立所需时间远长于其他 4 种滤料的水族箱，这与生物棉滤料孔大、疏松有关。生化棉是一种使用范围很广的滤材，主要起到生化过滤的作用，被广泛应用到上滤、外置、内滤过滤器当中，但该种滤料占用空间大，硝化能力建立时间较长，不宜作为主要的生化过滤材料使用，可考虑代替过滤棉使用，发挥其生化过滤的作用。在亚硝化阶段，除生化棉水族箱较慢外，其余 4 种滤料的水族箱差异较小，说明氨氧化细菌在这 4 种沉底式滤料上均有良好的附着性。在硝化阶段，不同滤料差别较明显，原因可能有： （ 1） 氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌先后发生作用并争夺附着空间，试验加入的氮源为 NH4Cl,氨氧化细菌首先作用，待水中 NO-2升高后，亚硝酸盐氧化细菌才发挥作用，其附着空间已受到限制； （ 2） 亚硝酸盐细菌附着能力和生长速度受滤料性质不同的影响。水族箱中 NO-3浓度的增加较NO-2滞后，同样是由于氨氧化细菌和亚硝酸盐氧化细菌作用的先后引起。
4 小结
生物滤料对水族箱硝化系统的建立过程有显着的影响，添加生物滤料可以加快海水水族箱建立硝化功能，其中以珊瑚砂为生物滤料的水族箱硝化功能建立时间最快，需要24 d,其次是陶瓷砂、白砂和石英砂，分别需要 30,30 和 44 d.不同生物滤料构建的海水水族箱在亚硝化阶段差别较小，在硝化阶段差异较明显。
本研究的硝化功能建立，主要是为消除氨氮和亚硝酸盐对鱼类的危害。虽然硝酸盐对鱼类的危害远不及氨氮和亚硝酸盐，但硝态氮达到安全浓度50 mg·L- 1以上时，就会导致海水养殖鱼类生长速度减缓，易患白点病，以及成活率及繁殖力降低[11]等。今后可研究利用反硝化和大型藻类去除水族箱中的硝酸盐，从而进一步稳定水族箱的水质。
参考文献：
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[2] Martin A,Moe J R. The marine aquarium reference: systemsand invertebrates [M]. Florida: Green Turtle Publications,1989: 182 - 185.
[3] 刘炜明，林荣澄，蔡立哲。 海水观赏水族缸中不同挂膜法对氮转化的影响 [J]. 台湾海峡，2005,25 （ 4） : 521 -525.
[4] 刘冉，周洋，宋志文，等。 硝化细菌对海参养殖系统水质的净化效果 [J]. 河北渔业，2012 （ 2） : 15 -18.
[5] 全国海洋标准化技术委员会。 海洋监测规范第 4 部分： 海水分析 [M]. 北京： 中国标准出版社，2007.
[6] 杰米里，盖伊。 完美水族箱-水族箱和观赏鱼完全指导手册 [M]. 斯 克 瑞 来 克，译。 北 京： 世 界 图 书 出 版 公司，2007.
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[10] 孔小蓉，宋志文，周洋，等。 不同基质构建海水水族箱硝化功能建立过程的比较研究 [J]. 河北渔业，2009 （ 12） :11 - 14.
[11] 刘鹰，曲克明。 封闭循环水养殖-新理念·新技术·新方法 [M]. 北京： 现代教育出版社，2009.
