《水化学与养殖水质》之氮循环1.0
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海洋之所以能消化所有生物的排泄物,将污水转化为净水,全靠海洋中居住着数量有如恒河沙数般多的益菌,它们吃掉这些溶入水中的污物,将毒素变为无害于生物的物质。
而在鱼缸内,我们就是要模仿这种生态系统,也是各位新手常听到的N-Cycle(氮循环)。
Nitrogen Cycle (N-Cycle) 氮循环究竟是怎样进行的呢? 除了氧、二氧化炭等为人所熟悉的气休外,其中一种叫做氮(Nitrogen, 以后称简称化学名N2)。
而鱼儿的排泄物会在水中产生有机氮(Organic N2)。
Organic N2会在水中变成阿蒙尼亚(以后简称化学名NH4)。
NH4对生物来说是致命的毒素,幸好NH4水中较容易转化成亚硝酸盐(以后以后简称化学名NO2),同时靠着水中的硝化细菌也能够将之变为NO2。
但是,NO2本身对生物来说也是一种剧毒,稍高的NO2浓度也能轻易杀死生物。
而水中的好氧菌(其中一种硝化细菌)在氧气充足的环境下就能硝化NO2并将之变成硝酸盐(以后简称化学名NO3)。
NO3对鱼儿来说并非O致命的毒素,因此鱼儿能忍受NO3浓度较高的环境,但是对珊瑚等软体生物来说却是致命物质,稍高浓度的NO3值也使珊瑚不再"开花",继而死亡。
而在海中,厌氧菌(其中一种硝化细菌)就能硝化NO3并将之变回N2,无害的氮;同时,海中的藻类和苔类植物也视NO3为养份而消化掉并排出Organic N2。
硝化细菌的生存、繁殖条件?在N-Cycle中,硝化细菌扮演着主要的角色,而我们就是要了解好氧菌和厌氧菌这两种硝化细菌的生存绦件。
好氧菌,释如其名,它是一种"喜欢"氧气的细菌,在"呼吸"氧气的环境下,它可以"吃掉"NH4及NO2,化为生存的能量,最后"排出"NO3。
所以,即使有大量NH4或NO2,但是在没有氧气的环境下,好氧菌会"窒息",并不能存活;同样,虽然有大量氧气提供,却没有NH4或NO2等"食物",好氧菌也不能生存。
养殖水体氨氮及生物控制措施1养殖水体氨氮的积累及毒害1.1水体的氮素循环构成氮循环的主要环节是:生物体内有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。
自然水体中的氮来自水生动植物尸体及排泄物的积累及腐败,含氮有机化合物通过营腐生细菌分解成氨氮、硫化氢等小分子无机物,然后由各种自养型微生物主要为硝化细菌的作用,转化为亚硝酸盐和硝酸盐,这三种氮素一方面被藻类和水生植物吸收,另一方面硝酸盐在缺氧条件下被反硝化细菌通过脱氮作用将硝态氮转化为氮气逸出水体,大气中的氮被固氮菌利用重新回到水体。
由于各种微生物的生长繁殖速度不同,在整个氮素转化过程中,从含氮有机物到氨氮的转化是由多种异养微生物来担任,而这类微生物的生长繁殖较快,因此这过程时间较短;从氨氮到亚硝酸盐转化由亚硝化细菌担任,亚硝化菌的生长繁殖速度为18分钟一个世代,因此其转化的时间也较短;从亚硝酸盐到硝酸盐是由硝化细菌担任,硝化菌的生长速度相对较慢,其繁殖速度为18小时一个世代,因此,由亚硝酸盐转化到硝酸盐的时间就长很多,亚硝态氮的有效分解需要12天甚至更长的时间。
1.2养殖水体中氨氮及亚硝态氮的积累及毒害一般情况下,水体的氮循环处于一种稳定的状态,水体氨氮及亚硝态氮维持正常水平。
在高密度养殖及淡水综合养殖的水体中,由于大量的投饵而留下的残饵、水体中水生动物的大量排泄物的累积,而定期的使用消毒药剂,在杀灭有害微生物的同时,有益微生物种类及数量也会相应减少,水生态失衡,表现为水质恶化,水体透明度降低,水体缺氧,大量积累的氮素硝化过程受阻, 形成养殖水体中氨氮和亚硝酸盐含量高,尤其是温度及pH 值较低时,硝化作用减弱,造成亚硝酸盐积累更明显。
水体中的总氨包括分子氨(NH)与离子氨(NH),其中对鱼类有明显毒害作用的是分子氨。
随着pH值的不同,两者在水中是可以相互转化的,水体中分子氨与离子氨的比例与水温及pH有密切关系。
总的来说,温度和pH值上升,游离氨在总氨中的比例增加,游离氨含量越多,毒性就越强。
在养殖水体中,有机污染物包括氮、碳、磷、硫4种主要物质,而后3者形成的产物在氧气充足的条件下对鱼类的影响程度不是很大,当氮以分子氨态或亚硝酸盐氮态存在时,却会对水生动物产生很强的神经性毒害。
当前以强饲为特征的集约养殖方式加大了水体有机氮物质分解转化的负荷,微生物分解环节严重受阻,从而成为水体系统循环过程的制约瓶颈与顽结,造成水体富营养化甚至污染,引发出诸多病害、药残、食品隐患等问题。
水体系统的氨氮循环及污染治理已成为世界性关注的环境问题和研究热点。
1 养殖水体内氨氮循环与脱氮过程1.1 水体氮素的来源构成集约养殖水体氮素的来源主体为残饵和粪便排泄物的分解,其次为老化池塘底泥沉积物氨化分解,再次为施肥积累。
养殖生产包括自然再生产过程与经济再生产过程,然而传统的养殖方式片面追求产量经济效益,强化水体系统外的能量物质的投入。
过量的投饵,形成大量有机代谢废物的沉积,致使水体系统的分解环节受抑制,造成硝化反应难以通畅完全进行,自净能力减弱,产生多种有机酸及氨氮、亚硝酸盐、硫化氢、甲烷等中间有毒有害产物同时,这些中间有毒产物也可再由含氮化合物通过反硝化细菌还原而返复积累。
自然状态下水体氮素的来源:①一些固氮藻类及固氮细菌能把大气层中的氮气转变为有效氮;②鱼类等水生动物的最终代谢产物主要为氨态氮(NH3),其次为尿素和尿酸;③藻类细胞自溶与有机碎屑沉积物的矿化作用,使以颗粒状结合着的有机氮以NH3-N的形式释放到水体中;④地面泾流及域外污水串用带来的氮的污染问题也愈加突出,等等。
对自然状态的氮素来源构成及转化过程应清楚把握和准确运用,才能不悖其水体物质转化循环规律,达到健康高效生态养殖的目的。
1.2 养殖水体生态系统的生物组成消费者、分解者、生产者是养殖水体生态系统的生物组成部分。
其特点是:①消费者:鱼虾类养殖动物为整个生态系统的核心,数量多、投饵量大,产生大量的排泄物和残饵;②分解者:微生物的数量与种类较少,大量的有机物无法及时分解,经常处于超负荷状态,水质恶化;③生产者:藻类数量少,无法充分利用有机物降解产生的营养盐类,导致NH3-N 和-N等有害物质积累以至污染。
水质的氮循环在养殖水体中,有机污染物包括氮、碳、磷、硫4种主要物质,而后3者形成的产物在氧气充足的条件下对鱼类的影响程度不是很大,当氮以分子氨态或亚硝酸盐氮态存在时,却会对水生动物产生很强的神经性毒害。
当前以强饲为特征的集约养殖方式加大了水体有机氮物质分解转化的负荷,微生物分解环节严重受阻,从而成为水体系统循环过程的制约瓶颈与顽结,造成水体富营养化甚至污染,引发出诸多病害、药残、食品隐患等问题。
水体系统的氨氮循环及污染治理已成为世界性关注的环境问题和研究热点。
1 养殖水体内氨氮循环与脱氮过程1.1 水体氮素的来源构成集约养殖水体氮素的来源主体为饵料残剩物和粪便排泄物的分解,其次为老化池塘底泥沉积物氨化分解,再次为施肥积累。
养殖生产包括自然再生产过程与经济再生产过程,然而传统的养殖方式片面追求产量经济效益,强化水体系统外的能量物质的投入。
过量的投饵,形成大量有机代谢废物的沉积,致使水体系统的分解环节受抑制,造成硝化反应难以通畅完全进行,自净能力减弱,产生多种有机酸及氨氮、亚硝酸盐、硫化氢、甲烷等中间有毒有害产物同时,这些中间有毒产物也可再由含氮化合物通过反硝化细菌还原而返复积累。
自然状态下水体氮素的来源:①一些固氮藻类及固氮细菌能把大气层中的氮气转变为有效氮;②鱼类等水生动物的最终代谢产物主要为氨态氮(NH3),其次为尿素和尿酸;③藻类细胞自溶与有机碎屑沉积物的矿化作用,使以颗粒状结合着的有机氮以NH3-N的形式释放到水体中;④地面泾流及域外污水串用带来的氮的污染问题也愈加突出,等等。
对自然状态的氮素来源构成及转化过程应清楚把握和准确运用,才能不悖其水体物质转化循环规律,达到健康高效生态养殖的目的。
1.2 养殖水体生态系统的生物组成消费者、分解者、生产者是养殖水体生态系统的生物组成部分。
其特点是:①消费者:鱼虾类养殖动物为整个生态系统的核心,数量多、投饵量大,产生大量的排泄物和残饵;②分解者:微生物的数量与种类较少,大量的有机物无法及时分解,经常处于超负荷状态,水质恶化;③生产者:藻类数量少,无法充分利用有机物降解产生的营养盐类,导致NH3-N和-N等有害物质积累以至污染。
金鱼的饲养水体氮循环水体氮循环在金鱼的饲养中具有重要的作用。
金鱼是一种热带鱼类,对水质要求较高,因此了解和控制水体中的氮循环对于保持水质稳定和金鱼健康至关重要。
本文将从氮循环的定义及过程、饲养金鱼的水体氮循环管理、水质监测以及维护水质稳定等方面进行探讨。
一、氮循环的定义及过程氮循环是指在自然环境中,氮元素在不同化学形态间传递和转化的过程。
它是维持水体生态平衡的重要机制之一。
氮元素在水体中以无机氮的形式存在,包括铵态氮(NH4+)、硝态氮(NO3-)和硝酸盐态氮(NO2-)。
氮循环包括氨氧化、硝化和反硝化等过程。
1. 氨氧化:氨氧化是指铵态氮经由氨氧化细菌作用转化为亚硝酸盐(NO2-),其中的关键步骤是铵离子(NH4+)通过氨氧化细菌氧化为亚硝酸离子(NO2-)。
2. 硝化:硝化是指亚硝酸盐通过硝化细菌作用进一步转化为硝态氮(NO3-),其中的关键步骤是亚硝酸盐(NO2-)经过亚硝氧化细菌氧化为硝酸(NO3-)。
3. 反硝化:反硝化是指硝态氮(NO3-)在缺氧条件下通过反硝化细菌作用还原为氮气(N2)或氮氧化物(N2O、NO等),释放到大气中。
二、饲养金鱼的水体氮循环管理饲养金鱼的过程中,合理管理水体中的氮循环对于保持水质的稳定至关重要。
以下是几点饲养金鱼时的注意事项:1. 饲料控制:金鱼的饲料过量会导致消化不良,产生较多的粪便和废物。
这些废物中含有氨和有机氮,过多的氨会对金鱼产生毒害作用,并导致水体富营养化。
因此,需要根据金鱼的口粮和饵料种类以及金鱼的身体状况合理调控饲料的喂养量。
2. 过滤系统:金鱼在鱼缸中的粪便、残饵和代谢废物会分解产生氨,过滤系统起到去除废物和氨的作用。
滤材的选择和维护对于水体氮循环的影响很大。
常见的过滤系统包括物理过滤和生物过滤,其中生物过滤可以利用硝化细菌将氨转化为硝态氮。
3. 换水频率:定期适量换水可以有效降低水体中的氨含量,稀释有机废物和减少硝态氮的积累。
一般而言,每周换水一次,约占水体总量的10-20%,可以维持水质的稳定。
水生生态系统的氮循环与污染控制在现代社会中,水资源的保护和管理显得愈发重要。
水生生态系统的氮循环和污染控制是其中一个关键领域。
本文将讨论水生生态系统中的氮循环过程,并探讨不同污染控制措施的有效性。
一、氮循环的重要性氮是生物体生长和发育所必需的基本元素之一,也是氨基酸、蛋白质和核酸的组成成分。
因此,氮在水生生态系统中的循环过程对于维持生态系统的稳定和平衡至关重要。
水生生态系统中的氮循环主要包括氮固定、矿化、硝化和反硝化等过程。
氮固定是指将大气中的N2转化为有机化合物的过程,由一些特定的细菌和植物完成。
矿化过程是有机氮物质降解为无机氮物质的过程,这一过程主要由细菌和真菌完成。
硝化是将氨氮转化为亚硝酸盐、硝酸盐的过程,而反硝化则将硝酸盐还原为氮气,这两个过程同样由特定的细菌完成。
二、氮污染的影响然而,人类活动带来的氮污染对水生生态系统产生了严重影响。
农业排放是氮污染的主要来源之一,肥料的使用和畜禽养殖的废弃物都会导致水体中氮的浓度升高。
工业废水和城市污水中的氮也是造成水体污染的重要因素。
氮污染对水生生态系统的影响表现为多个方面。
首先,过量的氮物质会导致水体富营养化,引发蓝藻水华等问题。
其次,氮污染会导致水中溶解氧的减少,对水生生物的生存和繁衍产生不利影响。
此外,氮污染还可能导致水体中含氮有机物的积累,对水体生态系统的结构和功能造成破坏。
三、氮污染控制措施为了减轻水生生态系统中的氮污染,需要采取一系列控制措施。
以下是一些常见的控制措施:1. 农业管理措施:改善农田排水系统,减少氮养分的流失;合理施肥,控制肥料的使用量和施肥时间;推广耕作方式的改良,例如轮作和间作等,以降低氮流失的程度。
2. 工业控制措施:加强对工业废水的处理,确保废水中的氮浓度达到排放标准;鼓励工业企业采用清洁生产技术,减少对水生生态系统的氮排放。
3. 城市污水处理:完善城市污水处理设施,确保对污水中的氮物质进行有效去除;推动城市污水资源化利用,减少氮物质的排放。
水体中氮循环的六个过程水体中的氮循环是指氮元素在水体中不断转化和转移的过程。
它是水体中生物体生命活动所必需的重要元素之一。
氮循环包括氮的沉降、氮的固定、氮的硝化、氮的反硝化、氮的溶解和氮的沉降和沉积六个过程。
一、氮的沉降氮的沉降是指大气中的氮通过降雨等方式进入水体的过程。
大气中的氮主要以氮气(N2)的形式存在,通过降雨中的氮化合物(如氨气、硝酸盐等)溶解在水体中,从而完成氮的沉降过程。
氮的沉降是水体中氮循环的起始阶段。
二、氮的固定氮的固定是指将大气中的氮气转化为水体中的氮化合物的过程。
大气中的氮气是无法被大多数生物直接利用的,因为它是相对稳定的双原子分子。
氮的固定主要通过生物固定和非生物固定两种方式进行。
生物固定是指某些特定的细菌通过酶的作用将氮气转化为氨气或有机氮化合物,这种过程被称为生物固氮。
非生物固定是指一些非生物物质(如闪电、大气中的紫外线等)通过氧化反应将氮气转化为氮酸盐等氮化合物。
三、氮的硝化氮的硝化是指氨气或有机氮化合物转化为硝酸盐的过程。
氮的硝化主要由两个步骤组成,第一步是氨氧化,指氨气被氨氧化细菌氧化为亚硝酸盐;第二步是亚硝酸盐氧化,指亚硝酸盐被亚硝酸盐氧化细菌氧化为硝酸盐。
氮的硝化是水体中氮循环的重要环节,它将有机氮化合物中的氮转化为可被植物吸收利用的无机氮化合物。
四、氮的反硝化氮的反硝化是指硝酸盐还原为氮气的过程。
氮的反硝化主要由一些特定的细菌完成,这些细菌能够在缺氧条件下利用硝酸盐作为电子受体,将其还原为氮气并释放到大气中。
氮的反硝化是水体中氮循环的重要环节,它将水体中的硝酸盐还原为氮气,从而维持了水体中氮的平衡。
五、氮的溶解氮的溶解是指氮化合物在水体中的溶解和扩散的过程。
水体中的氮化合物主要以氨气、硝酸盐和有机氮化合物的形式存在。
氮的溶解是水体中氮循环的重要环节,它决定了水体中氮化合物的浓度和分布。
六、氮的沉降和沉积氮的沉降和沉积是指水体中的氮化合物沉降到水底并沉积下来的过程。