这篇文章是礁岩生态海水化学系列中最后的一篇。 

第一篇侧重说明海水水族箱中海水本身的问题,包括选择海盐,测量盐度以及自来水净化问题。

第二篇侧重说明哪些添加剂是必须的,哪些是可选的。

第三篇侧重讨论ph值问题。 

本文讨论水族箱内容易形成积累效应并引发问题的化学物质。这些化学物质包括硝酸盐、磷酸盐和其它有机物。那么,我们真的有必要担心这些物质的累积效应吗?首先它们的积累会刺激垃圾藻类生长,同时抑制珊瑚钙化,有些对海水生物甚至是有毒害。因此,维护海水水族箱,定期检测这些化学物质的浓度是十分必要的,即使水族箱一切正常,也要定期进行检测。 很多方法可以防止化学物质累积,有的操作简单又廉价,有的则既费钱又废力。一般情况下,使用蛋白分离器、在藻缸内饲养海藻和其它生物,或使用吸附性滤材都能有效排除这些化学物质。

大多数水族箱中,多种方法综合使用效果是最佳的。除上述三种方法外,我还使用了臭氧。 本文讨论为什么要把硝酸盐、磷酸盐等营养盐类控制在推荐的浓度范围内,以及如何控制这些物质的最有效方法。 

 整个系列的文章包括: 
 初级鱼友水族化学 
 第一部分:海水总述 
 第二部分:必须添加的化学物质 
 第三部分:ph值 
 第四部分:防止硝酸盐磷酸盐等化合物累积 

 本文包含如下内容: 介绍 换水 氨 亚硝酸盐 硝酸盐 磷酸盐 有机物积累 金属离子积累 氢化硫 总结 介绍 在封闭的水族箱内,许多化学物质都能形成积累效果。这些化学物质有的来源于剩余食物、有的来自淡水补给和化学添加剂,其余则是在水族箱内部形成的。了解每种化学物质是如何进入水族箱并形成积累是本文的主要写作目的之一,接下来是说明如何排除各种化学物质。 

大多数具有潜在累积危险的化学物质大家都比较了解。其中包括氨,硝酸盐和磷酸盐。还有些金属离子和有机物质不被大家所了解,但这不说明它们的影响不重要。大量数据表明,它们是明显有毒的。氨在水族领域的剧毒作用是臭名昭著的,亚硝酸盐和硝酸盐的毒性则稍微弱些,但它们会刺激垃圾藻类的生长。在水族环境中,我们可以把这些化学物质控制在一定浓度范围内,并通过测试包进行检测。 

目前,某些化学物质在水族箱内累积后的毒副效果还不清楚。其实,大多数有机物质和金属元素累积所产生的毒副效果我们都不十分确定。不过,由于鱼友们几乎无法测量这些化学物质的具体含量,所以大家也就眼不见心不烦了。 我在这个问题上的建议是使用蛋分或活性炭等方法将其排出系统,防止无限度的累积,同时参考成功鱼友的一些维护方法。 一旦出现化学物质累积现象,通常我不会归咎于过量或不正确使用添加剂,下文中会列出许多可能的情况。

不过,鱼友们还是要注意,过量使用添加剂也会在某种程度上造成某些化学物质累积。下面将介绍通过换水弥补过量使用添加剂造成的积累。 换水 在具体介绍每种化学物质的去除方法前,有必要先了解什么样的换水是可行的,什么样是不行的。一般来说,换水是消除那些不易降低浓度的化学物质积累很有的效方法。例如有些有机物亲水性极强,不能被蛋白分离器排出,还有些不易被活性炭捕获,再有由于过量使用添加剂,镁含量严重超标。针对上述情况,换水能够有效解决或缓解问题。 如果新鲜配制的人造海水没有问题,我强烈建议换水是维持水中化学物质含量稳定的最有效办法。

我建议大家每月换20-30% 的海水。我本人使用双头泵dual head pump每天自动换水1%,下面的图表1显示了该方法和每月进行换水方法使用1年来的比较结果,及硝酸盐含量的变化曲线。 注意,图表1是在没有继续输入硝酸盐的情况下进行的检测,显然与真实的水族环境不符。实际上,包括硝酸盐在内的各种物质一直在不断地积累。图表2中的曲线更接近于现实。在图标2中,即使保持每月30%的换水量,硝酸盐浓度还是不会达到理想水平(低于1ppm,这个参数将在文章后半部分讨论)。

一般情况下,限制海水中有害离子:换水可以起到一些作用,但如果单独使用换水的方法,就很难达到理想效果。 如上面所谈到的,好像没有什么更好的方法去除海水中化学物质的堆积,换水在众多方法中扮演了极为重要的角色。(同时,添加剂补充也会被稀释) 文章接下来的部分会讨论换水过程中物质输入和输出的细节,同时讨论换水方法的区别。 水族箱内的换水

图表1.硝酸盐累积与时间函数。初始浓度为100ppm,在无换水情况下为黑线,浓度基本不变,绿线为每月换7.5%,红线为每月换15%,蓝线为每月换30%,y轴值表示硝酸盐含量变化。硝酸盐含量变化如此,其它化学物质同理。

图表2 硝酸盐浓度与时间函数。换水量从月0%-7.5%-15% -30%。硝酸盐起始浓度为100mmp,每天增加1ppm的累积量。 氨 氨是水族领域研究最多最详细的物质。它的来源、排泄和毒性机理仍有许多科学家在关注。由于它的超强毒性,无论在淡水还是海水领域,都令人生畏。实际上,海水和淡水领域分享的知识并不多,而关于氨的毒性研究就是其中之一。 

大多数水族生物都会排出氨(NH3)。如果没有恰当的方式去除它或将其转化为毒性较小的亚硝酸盐或硝酸盐,或者通过藻缸吸收,氨会迅速累积并达到足以至生物死亡的毒性。 成熟的水族箱系统不必经常检测氨浓度,因为系统中早已经有足够的细菌或其它转换机制,及时将氨转化为毒性较小的物质。我从来不检测展示缸内氨的含量。一些临时容器,如运输塑料袋,医疗缸或检疫缸的氨检测还是很有必要的。

一提到氨,大多数鱼友都会想到养水。在养水期间,氨的浓度检测非常重要,直到非常低的程度,才可以向水族箱内添加生物。(氨浓度降低要比亚硝酸盐浓度降低更重要)当水族箱遭遇意外时,氨的含量也会骤然爬升,如长时间停电等。 在紧急情况下,我建议使用各种方法控制氮NH4-N含量在0.1ppm内,(即总氮含量小于0.1ppm)如果总氮含量超过0.25 ppm,必须立即采取矫正措施。如使用氨吸附物质ammonia binder (e.g., Amquel or Seachem Prime)或者大量换水。氨测试包很便宜,由于测试结果形式不同,通常会使大家一头雾水。(氨离子与自由氨之和为氨总含量)然而,这两种表述中有很重要的区别,

我建议检测氨总含量。原因和重要,氨总含量的测试值总是高于两个单独测试的值,并可消除分别测试的不确定性。下面给出的文章链接详细说明了在检测氨中的各种问题。 这两种氨的表现形式转化十分迅速,(一秒钟内甚至可以多次转换),因此,在很多方面,它们没有什么明显不同的化学性质。自由氨可以随时与氢离子结合和分解: NH3 + H+  NH4+ 氨+ 氢离子 氨离子 氨离子的毒性要低于氨,因为增大的分子体的氨离子要通过腮膜进入鱼血液更加困难,而自由氨体积小,更容易些,因此氨离子被血液吸收能力相对较差,毒性相对较小。 在ph值较高的水族箱内,H+含量较少,以氨离子形式存在的氨比自由氨形式更多,因此提高ph值,可以在某种程度上抑制氨的毒性。这一点在氨极易堆积并引发鱼类中毒的运输过程中有很重要的作用。 

下面的文章详细说明而来如何检测氨,以及避免氨升高,和相关对策。 Ammonia and the Reef Aquarium 亚硝酸盐 大多数鱼友熟悉亚硝酸盐。它是氮循环中重要的阶段,也是鱼友们水族化学之旅中遇到的第一个问题。有很多关于亚硝酸盐的报道,其中一些是错误的或误导的。在海水水族中,其毒性要比在淡水中低很多。这个区别很明显,有些敏感的淡水鱼对亚硝酸盐的反应是大多数海水鱼的上千倍。这个规律适用于所有的海水鱼吗?我还不知道。

我只看过针对一种常见海水鱼类的亚硝酸盐实验。无论如何,我们不能根据这一种鱼的耐受能力去评价其它鱼类。 关于亚硝酸盐对于无脊椎动物的毒性也有很多报道,致命剂量也非常高。幸运的是,海水缸内的亚硝酸盐含量通常很低,不会达到致命程度。有时,一个新开缸的水族箱亚硝酸盐含量可能接近10 ppm或更多,这样的水族箱还不能饲养生物。一旦亚硝酸盐含量低于1 ppm,就不必再担心了,以后也很难出现亚硝酸盐升高的现象。 新开缸时监控亚硝酸盐和氮循环是个很有趣的现象,不过亚硝酸盐不必经常检测。我已经有一年时间没有检测过亚硝酸盐的含量了。我认为亚硝酸盐不值花费时间和金钱检测,还有很多值得关注的物质浓度需要检测。 

实际上,如果亚硝酸盐no2暴发,大量换水,并取出敏感生物,直到其回落到正常水平是比较合理的方法。有些化学方法宣称能够消除亚硝酸盐,虽然它们毒副作用较小,但显然不是最好的解决办法。 下面的文章详细说明了亚硝酸盐的问题,包括毒性测试,化学性质和产生源头以及吸收。 Nitrite and the Reef Aquarium 硝酸盐 硝酸盐在水族箱内是最顽强的。许多时候,食物中就含有硝酸盐,因此硝酸盐水平很难控制。十几或二十年前,许多鱼友进行换水只为减少硝酸盐。

而大多数情况下,单独换水却不能将硝酸盐控制在天然海水的浓度范围内。见图表2。现在有很多工具能检测硝酸盐水平,所以我们有机会在no3超过20ppm之前及时采取补救措施。 硝酸盐总是被与藻类联系在一起,而且藻类的暴发确实与营养盐多余有关,包括硝酸盐。还有些潜在的生物,如腰鞭毛虫,也会随着营养盐的增加暴发,其中包括硝酸盐。科学研究表明,硝酸盐在水族常见浓度下,本身的毒性并不强。然而,提高硝酸盐浓度能够有效刺激虫黄藻 zooxanthellae 的生长,它是珊瑚和海葵的重要共生生物,珊瑚会因虫黄藻的过快生长而变黄,从而减慢珊瑚的生长速率。 基于上述原因,鱼友们总是试图降低硝酸盐浓度,理想值是低于0.2 ppm 。

海水水族箱系统可以在高于这个值数百倍的10-20 ppm浓度下运行,但是上述问题会随时发生。硝酸盐的测量方法比鱼友们想象的复杂得多。测试包准确程度低,但不必使用极其精确的方法来测量。很多鱼友发现,同一个水族箱,使用不同测试包,检测结果可能完全不同。误差范围可能从检测不到至50ppm之大。 美国鱼友最近比较青睐于电子硝酸盐测试表,我本人也在使用。操作非常简单(尽管它不能像ph电子测试表一样实时连续检测),但还没有证明其精确性。这种测试方法(已成为一种工业标准)将成为将来水族用品的主流。 

现在,我还不能提供最佳的硝酸盐检测方法。另外,许多成功的水族箱系统都会有硝酸盐存在,因此大家不必总是为硝酸盐忧心忡忡。 很多方法可以降低硝酸盐含量,包括减少含氮物质的输入,蛋白分离器撇出,使用藻缸并定期收割,使用厚底砂,去掉过滤棉以减少硝酸盐堆积,使用碳吸附剂吸附,使用硫反应器,使用AZ-NO3,,使用硝酸盐吸附剂吸收,使用活性炭或聚合物吸收。 有些高级鱼友添加有机化合物,如酒精、糖等促使水中以硝酸盐和磷酸盐为食的细菌暴增,通过蛋分排出,这也许与AZ-NO3 方法原理相同。该方法效果很好,不仅经济实用,还会给水族箱带来其它益处,如可能为某些生物提供另一种食物来源。缺点是可能导致水族箱内营养盐浓度过低,以及细菌在消耗营养盐同时消耗水中大量的氧气。 

 下面的文章链接详细说明了其中的一些细节。 

 Nitrate in the Reef Aquarium Water Changes in Reef Aquaria What is Skimming? 磷酸盐Phosphate 磷元素是生命物质的最基本组成。生活在水族箱内的任何生物体内都有磷。任何食物中都包含磷,因为它是生命之源。它还可能来自淡水补给过程。因此,磷酸盐总会在水族箱内过量,而且会导致两个潜在的危机。首先,磷酸盐是海藻生长必不可少的物质,多余的磷酸盐会导致垃圾藻暴增。

第二,磷酸盐可以直接抑制钙化过程(inhibit calcification ),包括珊瑚钙化生长和形成钙藻的过程。大多数鱼友不希望看到这些现象发生,因此都在努力地降低磷酸盐浓度。很多种方法可以将磷酸盐控制在可接受的范围内。 海水中的磷酸盐有两种形式:无机磷酸盐(inorganic phosphate)和有机磷酸盐(organophosphate)。正磷酸盐(Orthophosphate )是有机磷酸盐的一种,容易被藻类吸收,抑制钙化效果强烈。有机磷酸盐被植物吸收效果一般。无机磷酸盐浓度可以使用试剂轻松测出,但有机磷酸盐的测量却十分困难。

再者,如果暴藻问题发生,正磷酸盐会以最快的速度被藻类吸收,从而掩盖了问题,造成检测困难。通常,鱼友们在暴藻前不会意识到磷酸盐问题。 磷酸盐浓度高和继而发生暴藻是水族箱内最让人挠头的问题,尤其是活砂和活石长期置于高浓度磷酸盐环境中,日后去除磷酸盐过程中,它们会起到磷酸盐蓄水池作用,持续不断地释放磷酸盐。在尚未达到暴藻的程度之前就开始处理,会给水族箱带来很多方面的益处,最大的益处就是减少磷酸盐浓度。这包括蛋分撇出,和藻缸饲养。所有的鱼友,尤其是正在设计新缸的朋友,应该着重考虑如何在系统中去除磷酸盐。如果任其发展,就会导致藻类暴发,像很多鱼友现在正斗争的一样。 

如果已知水族箱磷酸盐浓度升高,或有潜在危机如过量喂食等,在发生副作用前就要及时采取行动,可以通过磷酸盐吸附剂进行,磷酸盐吸附剂有很多品种和品牌。这些吸附剂有氧化铝(白色)或氧化铁(红色或棕色),以及许多其它物质。要注意,所有这些物质都存在潜在副作用,它们化合成份中的离子很可能进入水族箱内,无论生产商如何宣传,这都是难免的。 比起氧化铝我个人更喜欢氧化铁,因为铝对珊瑚似乎有刺激作用,而铁不会。 

关于不同品牌的铁基磷酸盐吸附剂GFO (granular ferric oxide, the iron-based binders)的讨论很少,只有些关于大颗粒分装要比小颗粒分装更容易控制的一些讨论。我建议把所有的吸附剂都制成较大颗粒,以防止其进入水族箱内。我使用过很多品牌的磷酸盐吸附剂,通过外接滤筒运转,有些鱼友习惯用磷酸盐反应器容纳。然而,反应器内磷酸盐吸附剂颗粒要不停地运动,容易形成较小颗粒并进入水体内。 当磷酸盐吸附剂和藻缸同时运作时,会存在一个潜在的危机,即磷酸盐吸附剂吸附能力太强,以至于藻缸不能维持,最后导致所有藻类白化死去。

随后,藻缸消耗硝酸盐的能力同时终结。如果这种情况将要发生,立即减少磷酸盐吸附剂的用量,间或使用。 有些磷酸盐去除剂是可溶解性的,如镧或铁。它们通常非常有效,但我不建议大家使用,因为它们并不是永久性将磷酸盐排出系统。它们可能只是简单的将磷酸盐吸附住,或形成类似砂粒状的物质,当水中磷酸盐浓度降低时,有可能再次释放出来。 

有些鱼友添加有机化合物,如酒精、糖等促使水中吸收硝酸盐和磷酸盐的细菌暴增,通过蛋分排出,这也许与AZ-NO3 方法原理相同。这种方法效果很好,不仅经济适用,而且还会给水族箱带来其它益处,如可能为某些生物提供食物来源。缺点是可能导致水族箱内营养盐浓度过低,以及细菌在消耗营养盐同时也会消耗水中大量的氧气。 

 下面的文章中有很多关于去除磷酸盐的细节讨论: Phosphate and the Reef Aquarium Water Changes in Reef Aquaria Iron Oxide Hydroxide (GFO) Phosphate Binders Aluminum and Aluminum-based Phosphate Binders 有机物堆积Accumulating Organics 以我的观点,有机物是水族化学中最神秘的物质。对于这些有机物缺乏了解有两个原因:有极大数量的不同种类有机物同时存在于海水中,很难对它们进行测试和分析。这种无知直接导致了鱼友可能对原本安全的有机物质忧心忡忡,而对有些危险的有机物听之任之。 有机物可以引发很多问题。有些吸收蓝色光谱,是水族箱看起来发黄。有些有机物质直接对生物有毒害,有些生物会释放有毒的有机物质用于捕食、和防范被攻击。有些有机物中含有氮和磷,通过细菌分解作用,它们可以直接升高水族箱中硝酸盐和磷酸盐浓度。有些生物,如蓝藻细菌(cyanobacteria),靠吸水中的有机物质生存。

最后,有机化合物还会抑制珊瑚的钙化作用。基于上述原因和其它未确定因素,有必要限制水中有机物质的累积程度。 很多方法可以输出有机物质。因为有太多种类的有机物质可能形成堆积,因此,排出方法必须是普遍性的,而不是针对某种有机物质。很少有鱼友能够有效地测量有机物质,大家往往根据财力和系统需求去做。有机物质是否存在去除过度的问题?可能会存在,有些生物、细菌以有机物质为食,(有机物质或水中的小颗粒),但这些生物在水族环境中的有机物含量条件下都能够很好的生活和繁殖。 

最常见的方法是使用蛋分和活性炭(GAC)。这两种方法都针对的是有排水特性的有机物质,而完全亲水的物质是无法排除的。实际上,换水是唯一能够排除这些亲水特性有机物的方法,这也是我综合使用上述三种方法的原因。活性炭可以被动使用(将其装在袋子中,在水中自由吸附),也可以主动使用(将其放在滤筒中,强制水流通过),两种方法我都使用。 

另外,许多磷酸盐吸附颗粒在吸附磷酸盐的同时也吸附一些有机物质,但吸附能力要远远低于活性炭。吸附剂可以吸附一些带有负电荷的有机物质,而活性炭不一定能做到这一点,蛋分同样不行。最后,硫和碳除氮设备能够降解一些可代谢的有机物质,尽管这在水族领域意义不大。 臭氧对于那些吸附效果差的有机物质很有效,由于臭氧对生物超强的毁灭性,在水族领域是要慎重使用的,而且它确实能够分解尚未被吸收的有机物质。臭氧还能改变某些化学物质的分子结构,使其更容易被细菌分解。

我在自己的水族箱中使用臭氧,主要是防止海水变黄。 下面的文章链接中有更多的细节: Organic Compounds in the Reef Aquarium What is Skimming? Water Changes in Reef Aquaria Ozone and the Reef Aquarium, Part 1: Chemistry and Biochemistry Ozone and the Reef Aquarium, Part 2: Equipment and Safety Ozone and the Reef Aquarium, Part 3: Changes in a Reef Aquarium upon Initiating Ozone 金属堆积 很多种金属可能形成积累效果,其中铜的堆积要尤为注意。无视金属物质浓度,或很少进行换水,许多金属物质会形成堆积。

例如,我已经说明过金属铜会形成堆积效果。这些潜在的金属物质来源可能存在于食物,淡水补给,吸附剂以及添加剂等。我在之前的文章中已经指出了可能存在的金属物质来源。 这些金属物质的含量很难检测。因此,我给大家的建议与去除有机物质堆积的建议是一样的:使用物质输出的方法,而且也不必过分担心。这个方法对于大多数鱼友有效,所以你也一样。实际上,金属离子和有机物质是紧密的联系在一起的,因此,在输出有机物质的同时,金属离子也被输出了。金属离子都与有机物质聚合在一起,很少有单独的无机物质形式存在的。

见图3. 因此,当有机物质被蛋分撇出或被活性炭吸附的同时,金属离子也被排出了。这是大家都期待的结果,至少在蛋分领域已经得到实验的证明。

图表3铜离子被酸根聚合的示意图,绿色部分为酸根离子 换水也能够输出金属离子,条件是新鲜配置的海水中金属离子浓度低于缸内金属离子浓度。我使用的是 Instant Ocean 海盐,铜离子浓度比我缸中的浓度低很多。这也是我建议大家例行换水的原因。 金属离子还可以通过其它方式输出。饲养藻类和其它生物也可以吸收大量的金属离子定期收割可以去除金属离子。最后,也是在紧急情况下最有效地办法,使用Poly-Filters可以吸附大量的金属离子,但我建议大家不要经常使用。 更多关于金属毒性和去除金属离子的信息在以下文章中有详细阐述: Aluminum and Aluminum-based Phosphate Binders Reef Aquaria with Low Soluble Metals Tap Water in Reef Aquaria What is Skimming? 

氢化硫Hydrogen Sulfide 氢化硫 (H2S) 水族箱内缺氧区域最容易堆积的有毒化学物质。这些区域大多数位于底砂或活石底部,尤其是有机物残骸聚集地位置。氢化硫堆积比较容易识别,因为会形成黑色的沉淀,或当沉淀物被取出时有臭鸡蛋气味。有时,我的鱼缸内某些部位会有氢化硫,我从没有十分在意,大家也一样,如果没有发现大块的黑色沉积或闻到臭鸡蛋气味,不必太在意。 氢化硫是在无氧环境中有机物分解时产生的。浓度较高时,不仅气味难闻,而且会对生物产生巨大的毒性。

有些鱼友曾经经历过,由于泵头掉落在砂床上,将底砂吹起,导致掩盖在底砂内的氢化硫释放,而翻缸。 了解氢化硫的形成机理,我们就可以有效防范其浓度升高。当大家遇到氢化硫暴发或浓度较高时,

下面有些建议和方法可以应对: 

1. 在活石或底砂下不要放有机物质。有机物质在此分解后就会形成氢化硫。例如,将活石一部分埋在底砂中,有可能导致该部分活石中的有机物质分解,产生氢化硫。 
2. 使用硫反应器去硝酸盐时,不能把水流速度调整得过慢,有可能产生氢化硫。 
3. 不要在没有水流的缸内存储活砂。 
4. 尽量不要加入挖洞的鱼类,它无意中的行为可能释放埋在砂床下的氢化硫。 
5. 注意防止设备掉到砂床上,搅动砂床释放氢化硫。 
6. 任何线路内水流停止不能超过2小时,如果必须要停止,那么将水抽出是最好的选择。 
7. 储存老水或天然海水在无水流和增氧条件下不要超过几个小时。用纯水配置的人造海水不必担心这个问题,因为其中没有有机物质,想要保存多久都行。 
8.如果砂床中毒过深,需要移除,

这里有些建议: 
A. 如果可能,先移出脆弱的生物。 
B. 尽量在灯全开的条件下工作,灯光能够提高水中的氧含量,而且灯光还能催化氧气氧化氢化硫的过程。 
C. 最大限度的暴气,因为氧气能够氧化氢化硫,还可以将部分氢化硫以气体形式排出。 
D. 增加铁元素补给量,使氢化硫形成铁化合物沉淀。 
E. 使水流通过氧化铁或氢氧化物,消耗氢化硫。 
F. 使水流通过铁基磷酸盐吸附剂和活性炭。 

下面的链接有更多详细内容。 Hydrogen Sulfide and the Reef Aquarium 总结 水族箱中许多化学物质都有可能形成积累效应。换水会起到很大的作用,但并不足矣对付这些问题。有些化学物质积累换水也很难解决问题,如氨、磷酸盐和有机物质。大家在设计水族箱之初就要计划好如何去除它们。 有些化学物质只有在添加过量时才会形成堆积,包括某些金属离子,氯化物和硫酸盐。换水可以修正这些参数,有时还是对付这些问题的最好方法。每月换水15-30% (可以分多次进行) 能够有效保证水质参数的稳定。对于大多数水族箱,我推荐这个换水方式。一般情况下,如果新配海水没有问题,换水还是越多越好。 

祝大家玩得开心,预防猪流感(译者)。