硝化細菌與水產養殖的關係如何？
一、硝化細菌是什麼？
硝化細菌 ( nitrifying ) 是一種好氣性細菌，能在有氧的水中或砂層中生長，並在氮循環水質淨化過程中扮演著很重要的角色。它們包括形態互異類型的一種桿菌、球菌或螺旋菌。屬於自營性細菌的一類，包括兩種完全不同代謝群：亞硝酸菌屬 ( Nitrosomonas ) 及硝酸菌屬 ( Nitrobacter )。
亞硝酸菌屬細菌一般被稱為「銨之氧化者」，因其所維生的唯一食物來源是銨，銨和氧化合所生成的化學能足以使其生存。什麼是銨？這須要解釋一下。其實銨是一種氨氣 ( NH3 ) 溶於水中所生成的陽離子 ( NH4+ )，因為它在化學上的行為就好像是一種金屬離子，故命名為「銨」。氣體的氨具有刺鼻的臭味，而離子態的銨則無特別的氣味，故很容易加以辨認。
在有空氣存在時，銨可被亞硝酸菌屬細菌吸收利用。它們將其氫原子氧化成水，用氧取代之，所以銨變成水及溶於水中的氧化氮，後者化學家稱為「亞硝酸」，其反應式如下：
藉由氧將銨氧化為亞硝酸 ( NO2- ) 可以產生能量，亞硝酸菌可利用該能量從二氧化碳或鹼度 ( 如 CO32- 或 HCO3- ) 中製造有機物，所以這類細菌根本不需要有機物就能生存及繁衍。
硝酸菌屬細菌一般被稱為「亞硝酸之氧化者」，因其所維生的主要食物來源是亞硝酸，亞硝酸和氧化合所生成的化學能足以使其生存，而且生成硝酸為氮循環的終產物，其反應式如下：
硝酸菌可利用此反應所產生之能量，用於合成自己所需之有機物，故這類細菌同樣不需要攝取有機物也能生存及增殖。
銨被硝化細菌氧化成亞硝酸，隨後又被氧化成硝酸的反應被化學家稱為「硝化反應」。這個反應係由兩種不同的細菌所進行的，須密切配合，才不致使反應的中間物 NO2- 滯留累積於水中。
二、硝化細菌對水產養殖的重要性為何？
任何水產養殖池都會自產有機廢物，它們絕大部份屬於養殖生物的排泄物，除非立刻將這些有機廢物由水中完全移除，否則水中自生之異營性細菌將很快地加以攝取利用，並排泄出氨於水中。
水中的的氨有兩個不同的形式：一是氨 ( NH3 )，另一是銨 ( NH4+ )。氨有毒，而銨無毒。兩者在水中相對百分率由水中之 pH 值來決定，若水中 pH 值越高，則水中所含有毒氨的百分率也越高，但在酸性的水中，有毒的氨幾乎不存在。
養殖池中如果沒有硝化細菌存在，必然會面臨氨含量激增的危險，不論您採取何種方法都不能徹底解決這個問題。因為氨是劇毒物，只要水質偏向鹼性，一部份的銨就會自然地轉化成氨，當水中的氨濃度達到養殖生物的致死濃度時，造成重大意外損失也就不足為奇。但如果水中含有足夠數量的硝化細菌為您不斷地清除水中的銨，則整個池水的生態平衡系統的穩定性將可獲得確保，並使養殖生物安全地成長於飼養環境中。
問題是一般的養殖池中常缺乏足夠的硝化細菌，尤其是在初期養殖水中硝化系統尚未完全建立時更是如此，理由是一般養殖池中的生態環境，常缺乏硝化細菌繁殖之基本生活條件，無形中限制了它們數量及處理銨污染之能力及效率，而使銨被逐漸累積下來，這對鹼性化水質及海水養殖的情況將具有極大的潛在危險性。復因硝化系統之建立需要相當時日，故放養初期的危險性更高。
總之，在一個封閉的養殖環境中，水族生態平衡系統之建立，主要是靠連顯微鏡下亦不易觀察到之無數的微生物。這些微生物可以迅速處理池水自產的污染，其中尤以消除足讓魚蝦等水產養殖生物致命的氨及亞硝酸最具關鍵性地位。因此，為使水產養殖成功，就有賴硝化細菌介入水族生態平衡系統中扮演清道夫的重要角色，否則要想獲得成功的養殖經驗幾乎是不可能的。由此可知，硝化細菌對水產養殖的關係是何等重要。
三、何以硝化細菌是水產養殖的關鍵細菌？
硝化細菌只不過是微生物循環系統中的一個環節而已，何以筆者只強調硝化細菌的重要性，而不談其他淨水細菌對水質淨化的貢獻，是不是其他淨水細菌較不重要？非也！
在池水生態循環系統中，若無其他異營性細菌存在，水中將到處充斥未被細菌分解的有機物，此種自我污染的水族環境一樣使魚蝦等水產生物無法生存其中。因此，它們常被視為是池水自淨作用的先鋒部隊，其重要性並不亞於硝化細菌。
所幸這類細菌普遍存在於各種不同環境，它們幾乎無所不在，而繁殖速度相當驚人，大部份的異營性淨水細菌，在理想的環境只需幾十秒鐘即可自行增殖一倍，一般只需二十幾分鐘即能增殖一倍，因此業者用不著採取特別措施，它們便可以在池水中自生及迅速繁殖。
反觀硝化細菌就不是如此，它的繁殖速率很慢，即使在理想的條件下，至少也要費時 24 ~ 36 小時才能增殖一倍。主要的原因在於硝化細菌需在體內製造有機物，若無這些有機物它們就無法生長及繁殖，而製造有機物則需要相當長之時間，不像其他異營性細菌可自有機廢物中直接攝取所需要的有機物。
另一個重要的原因是硝化細菌是一種自營性的細菌，這種細菌的特徵是不喜歡有機物，如果有一大堆有機物的話，反而會抑制它們的生長與繁殖。因此它們無法像其他異營性細菌一般可直接寄生在池底的有機廢物之上，而必須避開這些有機廢物，這無形中會限制硝化細菌的居住環境，若水中適合硝化細菌居住環境不是很多時，它們的數量將很難增加。
就除銨的效率而言，要消除幾個 ppm 的銨，至少要有上百萬個硝化細菌才能達到目的，所以硝化細菌除銨的效率並不高。再加上硝化細菌的繁殖速率很慢，以及池水中可居住的環境又少，無法自生足量的硝化細菌，以致硝化細菌就自然成了水產養殖的關鍵細菌了。
四、如何提高足量的硝化細菌？
在養殖池中存在的有毒物質主要是氨及亞硝酸，這兩種有毒的物質可由硝化細菌所消耗，並生成無毒性的硝酸，硝酸又是藻類的最佳氮肥，能被藻類所吸收及同化。因此，在養殖池中絕對不可缺少硝化細菌，如果硝化細菌缺乏，水中的氨含量將急速增加，使池水內的魚蝦有致死的危險。許多人通常不了解這個問題的重要性，以致於常遭遇到養殖失敗的命運。這說明如果您不去了解這個問題的癥結所在，並謀求改善的話，既使是有經驗的業者，都可能會敗在硝化細菌不足的危害之下。
從池水的生態觀點來說，我們是無法防止氨的產生的，但是卻可以設法提高硝化細菌的數量來消耗池水中大量的氨。因為硝化細菌是消耗氨的剋星，只要這類細菌的數量足夠，它們就會很自然地消耗掉每天自產的氨，使氨不會在水中被大量的累積下來，成為水產養殖的隱形殺手。
至於我們應如何做才能提高硝化細菌的數量呢？從理論的角度而論，為硝化細菌塑造一個理想的繁殖場所是最根本的解決辦法。怎麼說呢？原來硝化細菌在繁衍過程中，有附著於固定物外表的傾向，若能在池水中安置若干多表面積的固定物供其附著，它就能迅速地附著在這些固定物的表面上，並開始增殖。
然而，要在池水中安置固定物通常是不可行的，理由是這種方式可能會阻礙魚類的活動及不利於撈補。比較可行的處理方式是在過濾系統中安置「生化培養球」，這種產品是專門為硝化細菌提供一個繁衍場所而設計的，它通常是由黑色的塑膠骨架所製成，大小約為 3 ~ 5 公分直徑的空心球體，並有很大的表面積可供硝化細菌附著。它的原理是讓硝化細菌成為「有殼蝸牛」，增加硝化細菌的生活空間，因此可讓硝化細菌依附在這種人造的球體上進行硝化活動，使濾水中的氨及亞硝酸被硝化細菌所消耗。
添加硝化細菌製劑也是另一種可行的方法，尤其是在做水質檢測發現水中氨濃度偏高時，採用這種方法最有效率。但這種方法只是治標方法，不是治本方法，因為這些製劑在水中被活化成為活菌之後，它們仍然多屬「無殼蝸牛」，在池水中無法增殖，甚至因環境不適而逐漸死亡，故必須定期添加才能發揮預期效果。
五、如何正確使用生化培養球？
生化培養球又稱為生化過濾球，它是一種藉由生物化學的方法來除掉氨的一種特殊濾材，不過它並不是依靠濾材本身的作用將氨除去，而是藉由生活於濾材表面的硝化細菌來將氨給氧化掉，使之轉化為無毒性的硝酸，以減少有毒物質的堆積，為養殖生物創造一個優良的生長環境。
生化培養球具有廣大的表面積，且交錯網孔構造可在表面達到完全通氣效果，更由於生化培養球若彼此互相接獲連接在一起，可在過濾系統中形成一個巨大的活動空間讓硝化細菌居住及生活，並有利於硝化細菌大量的繁衍。
這種產品在使用時，最好與機械式過濾系統結合成一體，不宜單獨使用，即可在機械式過濾系統的濾程後面，加設一個「生化培養球箱」，內置生化培養球，僅讓濾水由上自動滴流而下，然後再經由滴流過程中的硝化作用，來達到最完美的生物自淨作用。
如果將生化培養球單獨使用，可能無法達到預期的效果，因為若直接把池水引入「生化培養球箱」，水中難免會夾帶不少有機廢物，由於它們不受硝化細菌所歡迎，若讓這些有機廢物附著於生化培養球上，則硝化細菌就很難在其表面著床生長。因此應將池水中的有機雜質先行濾除之後，再將濾水引入箱中，才是正確的使用方法。
六、漁友對硝化細菌製劑的使用知多少？
硝化細菌製劑是一種用於控制養殖池水自生氨濃度的處理劑，不僅使用相當方便，而且能發揮立竿見影的效果，故越來越受漁友的歡迎。使用時可直接將該劑散佈於池中，不久即能發揮除銨的功效。
市售硝化細菌製劑可分為活菌及休眠菌兩種，漁友可依自己的需要選購使用。前者是利用細菌的活體製成，在顯微鏡的觀察下，可看到它們的活動情形。後者是利用休眠菌製成，在顯微鏡的觀察中，則無法看到它們具有活動能力。
選擇活菌的好處是除銨效果迅速，最適用於氨濃度過高的緊急情況。但是因活菌對氧氣的要求十分嚴格，尤其是硝酸菌屬的細菌只能在有充份氧氣存在下才能生存，正因為如此，要將活菌保存並製成產品，常有保存上的困難，所以在購買這類產品時，要特別注意它的有效使用期限，如果使用過期產品，就除銨的觀點而言，也是沒有什麼效率的。
選擇休眠菌的優點是能耐久藏，較不用擔心失效的問題，但是因為由休眠菌變成活菌所需的活化時間可能需要數天之久，所以無法使用於緊急狀況之處理，僅適用於日常的水質管理。一般言之，休眠菌的保存期限約為 1 ~ 2 年，使用時仍需注意商品所標明的使用期限，以免過期失效。另外，此種產品僅亞硝酸菌屬之細菌能被製成製劑，故使用後可能會有多餘的中間物 NO2- 滯留累積於水中，使亞硝酸的濃度有暫時性突然提高的現象，惟對水質不會有明顯之影響。
養魚世界(p.83∼86)─柯清水、九九年一期