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氮循环概述

氮是地球上最重要的元素之一，分布十分广泛，氮气也是空气的主要成分，地球上大部分的绿色植物对氮元素有着极高的依赖性；氮也是生物体的重要组成部分之一，氨基酸的形成离不开氮元素的存在。可以说氮元素影响着地球上的整个生物圈。在海洋中氮元素同样扮演者重要的角色，海洋氮循环是海洋生物多样性存在和稳定的重要保证。基于这个原理，人工系统中，或者说水族箱中，是否能够创建健康的氮循环就显得至关重要了。

早在上世纪七十年代，Peter Wilkens和柏林水族俱乐部在早期的生态过滤系统的基础上，引入了新鲜的活石以及蛋白质分离器，使得水族箱中的氮循环趋于完整，这也就著名的“柏林方法”，或者被国人称为“柏林系统”。正是这种方法的问世，使得海水水族行业有了巨大的飞跃。可以说，如果不是“柏林方法”使得氮循环得以更高效更完整的在水族箱中建立，我们如今是根本无法得心应手地饲养包括SPS在内的珊瑚的。

提起水族箱中的氮循环，最常出现的词语便是硝酸盐，这类化学物质在水中的浓度往往反映着水族箱中氮循环的情况。久而久之，大多数水族爱好者开始习惯于用硝酸盐来评估水质的好坏。的确，硝酸盐的浓度，或者说氮循环的健全与否是会直接影响水族箱中生物的健康状况的，包括珊瑚和鱼类，当然，能够影响鱼类的时候已经是非常严重的问题了。

对于水族爱好者来说，把水族箱中的硝酸盐控制在一个较低的水平是很多人一直在为之努力的目标，而为了实现这一目的，很多商家也研发出了大量降低和控制硝酸盐的产品。可以说硝酸盐是水族界的最热门问题之一。我们不在这里讨论化学的问题，不需要去了解整个氮循环的机制，只需要是知道怎么去健全水族箱中的氮循环就足够了，这不就是很多人想要做到的吗。

要解决氮循环的问题就应该先了解一下氮循环的基本过程。在海洋中，氮循环可以简单概括为硝化过程和反硝化过程，硝化过程主要的三个环节分别是氨（Ammonia），亚硝酸盐（Nitrite）以及终产物硝酸盐（Nitrate），每一个环节都由特殊的细菌来完成，并且环环相扣。而反硝化过程则是把硝酸盐转化为氮气。接下来我们先来具体的看一看硝化过程中的三种物质。

1.   氨（Ammonia）

在海洋中，氨是在氮被固氮生物固定以后通过生物异化作用产生的，而在水族箱中，氨的来源则直接来自生物代谢，包括生物的排泄物，以及尸体腐烂等。氨对于生物来说是有很强的毒性的，这种毒性会随着水族箱中PH的变化而改变，相比而言，NH3的毒性要强于NH4+，前者更容易通过表皮渗入体内，氨的解离平衡就不多说了，总的来说，PH越高氨则多以NH3形式存在。

在水族箱中，氨是开启氮循环的钥匙，在新的水族箱中，氨出现以后才能够进一步建立氮循环，在健康的氮循环系统下，氨形成后会很快的进入硝化过程，因此氨的浓度应当是很低或者接近于零。否则则会残留积累，最终杀死水族箱中的生物。当发生氨浓度高时，说明氮循环过程脱节了，氨无法继续转变为硝酸盐，这是一个很致命的结果，也许你可以通过换水或者除氨工具去除氨，可是没有健全氮循环的系统中生物是无法生存的，这只是治标不治本。这时候应当想办法重塑氮循环过程，使得氨能够进入硝化过程，完成它的使命。当然很多水族爱好者在发现水族箱内生物死亡时，并不会去检测氨，尽管大多数时候问题的确不是发生在硝化过程以前，不过多关注一些指标并不是坏事，毕竟现在在一些商家和圈子的带领下，氮循环没有建立起来就下生物的比比皆是。

2.   亚硝酸盐（Nitrite）

亚硝酸盐也就是水族爱好者口中NO2，这种物质是亚硝化细菌由氨转变而成的，毒性非常高，庆幸的是，亚硝酸盐会很快的被转化为硝酸盐。在新建立的水族箱中，能够监测到亚硝酸盐的出现，并且浓度有上升并下降至零的变化，那说明氮循环的第二个环节以及成功建立了。当然在已经搭建好的水族箱中检测到亚硝酸盐就不是一个好兆头了。

3.   硝酸盐（Nitrate）

硝酸盐是水族箱中硝化过程的终产物，通过硝化细菌，亚硝酸盐最终被转化为硝酸盐，这种物质毒性要低很多，但是高浓度依然会使生物无法耐受，尤其对于一些SPS珊瑚。在海洋中，硝酸盐形成以后能够直接被浮游生物和藻类利用，一部分通过反硝化作用转化为氮气。而在水族箱中，这个过程基本也是类似的，只不过没有大量的浮游生物和藻类，反硝化过程也过于薄弱，输出输入一旦失去平衡，硝酸盐便会逐渐累积，最终伤害水族箱中的生物。因此创造一个较低的硝酸盐环境是保证水族箱中生物健康的前提条件。当然这里也会存在一个误区，很多水族爱好者为了保持较低的硝酸盐浓度，因此选择了降低氮的输入，这个虽然不是一件坏事，不过，氮的总输入量，或者说氮循环的“通量”过低对珊瑚的健康和生长并不是有利的，毕竟大量的浮游生物，以及珊瑚的共生藻都需要摄入有机氮来维持生存并繁殖扩增。因此在保证足够氮输入的情况下，考虑如何去除累积的硝酸盐对创造一个极致的水族箱是更为有效的方法。

既然提到氮循环“通量”的问题，在这里就简单讨论几句。潜过水的朋友都知道，在诸如诗巴丹，Raja ampat这些健康的珊瑚礁中，除了高密度的珊瑚以外，还有数以千计的鱼类，这种景观是非常震撼人心的，尽管现在也有很多玩家推崇工艺品式的水族箱，而他们也乐忠于使用各种药水和添加剂，不过对于推崇极致自然的爱好者而言，实现天然珊瑚礁中的景观效果便是终极目标了，顺便一提，药水维持系统也是很昂贵的，若是大型水族箱就还是先掂量下钱包了。要实现鱼群的效果就意味着很高氮输入，但是只有同样实现了氮的高输出，“通量”的概念才得以实现，充足的含氮有机物的存在，能够滋养大量的浮游生物并且提供珊瑚生长所需的氮源，氮的高输出保证了多余的硝酸盐也能够离开系统而不至于残留，这样的氮循环模式便是最接近自然珊瑚礁的，创造最自然的景观才有了前提保障。那么成功与否的关键就是氮输出的问题了。参照海洋中的氮循环过程，了解消耗硝酸盐的生物自然就能找到一些方法。首先，最为简单的就是引入海洋植物，例如设置一个传统的藻缸，或是ATS，在刚刚问世的国内首个人工珊瑚礁生态系统中，我们也是基于这个目的，设置了潮间带，海浪冲刷，藻床，红树林等功能模块。植物是硝酸盐的直接消费者，它们能有效的控制硝酸盐的积累，其次当浮游生物群落建立以后，也可以成为硝酸盐的处理厂，被浮游生物所利用的氮能够转移给珊瑚，并再次进入氮循环，这是水族箱中最完美的氮消费者。另外珊瑚体内的共生藻也能够直接利用硝酸盐，并为宿主提供糖类保证其生长。当然说起来简单，实现这个“自动化”的系统就需要很深的功底了，并且也受到水族箱尺寸的影响，毕竟在水族箱中的生态系统并不是完整的，某些类群过多也是会有害的。

最后来说一说另外一个去处硝酸盐的途径——反硝化过程，参与这一过程的反硝化细菌需要厌氧环境，通过电子转移，最终将硝酸盐转变为氮气。基于这一原理，很多培养厌氧菌的方法应运而生，其中运用最多的应该就是厚沙充水层了，在此就先不多做介绍了。还有一些玩家会适当的往水族箱中加入一些有机碳源，这能够加速饭硝化过程并实现快速降低硝酸盐的目的。不过这个方法也不是万能的，碳源的加入会使得另外两类异化细菌大量繁殖，一类是磷酸盐积累细菌，另一类是硫酸盐转化细菌，这两类细菌会和反硝化细菌竞争碳源并且在产生磷酸盐和硫化物，这两类物质都是水族箱的大敌。另外，加入碳源也会使得水中碳氮比例失衡，这会直接导致反硝化过程不完全，而产生亚硝酸盐和氨，减少了硝酸盐却出现了两种更为致命的物质，结果适得其反。所以在使用碳源法的时候还是不要忘了监控氨和亚硝酸盐。

总而言之，要用人力去模仿海洋中的氮循环是有很大难度的，任何一种方法都不是完美的，这也就是为什么养活珊瑚礁生物的很多，可是创造一个极致接近于自然的水族箱的人却寥寥无几。

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