水質的氮循環

徐先生

水質的氮循環

在養殖水體中，有機污染物包括氮、碳、磷、硫4種主要物質，而后3者形成的產物在氧氣充足的條件下對魚類的影響程度不是很大，當氮以分子氨態或亞硝酸鹽氮態存在時，卻會對水生動物產生很強的神經性毒害。當前以強飼為特征的集約養殖方式加大了水體有機氮物質分解轉化的負荷，微生物分解環節嚴重受阻，從而成為水體系統循環過程的制約瓶頸與頑結，造成水體富營養化甚至污染，引發出諸多病害、藥殘、食品隱患等問題。水體系統的氨氮循環及污染治理已成為世界性關注的環境問題和研究熱點。
1 養殖水體內氨氮循環與脫氮過程
1.1 水體氮素的來源構成
    集約養殖水體氮素的來源主體為餌料殘剩物和糞便排泄物的分解，其次為老化池塘底泥沉積物氨化分解，再次為施肥積累。養殖生產包括自然再生產過程與經濟再生產過程，然而傳統的養殖方式片面追求產量經濟效益，強化水體系統外的能量物質的投入。過量的投餌，形成大量有機代謝廢物的沉積，致使水體系統的分解環節受抑制，造成硝化反應難以通暢完全進行，自凈能力減弱，產生多種有機酸及氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫、甲烷等中間有毒有害產物同時，這些中間有毒產物也可再由含氮化合物通過反硝化細菌還原而返復積累。
自然狀態下水體氮素的來源：①一些固氮藻類及固氮細菌能把大氣層中的氮氣轉變為有效氮；②魚類等水生動物的最終代謝產物主要為氨態氮（NH3），其次為尿素和尿酸；③藻類細胞自溶與有機碎屑沉積物的礦化作用，使以顆粒狀結合著的有機氮以NH3－N的形式釋放到水體中；④地面涇流及域外污水串用帶來的氮的污染問題也愈加突出，等等。對自然狀態的氮素來源構成及轉化過程應清楚把握和準確運用，才能不悖其水體物質轉化循環規律，達到健康高效生態養殖的目的。
1.2 養殖水體生態系統的生物組成
    消費者、分解者、生產者是養殖水體生態系統的生物組成部分。其特點是：①消費者：魚蝦類養殖動物為整個生態系統的核心，數量多、投餌量大，產生大量的排泄物和殘餌；②分解者：微生物的數量與種類較少，大量的有機物無法及時分解，經常處于超負荷狀態，水質惡化；③生產者：藻類數量少，無法充分利用有機物降解產生的營養鹽類，導致NH3-N和-N等有害物質積累以至污染。因此，這種片面強調消費者，而忽視分解者和生產者的生態系統是極為不平衡的，常使其循環過程存在兩處“瓶頸”梗阻。
1.3 水體物質循環的中間部位
    即有機物的生物分解轉化環節,水中有機物在異養微生物的作用下，第一階段是碳氧化階段，初步被分解出的產物是二氧化碳（CO2）和氨態氮，氮物質大部分以NH4+·NH3的形式釋放出來。在自然條件下（溫度為20℃），一般有機物第一階段的氧化分解可在20d內完成。第二階段是氨物質的硝化過程，在亞硝化細菌的作用下氨（NH4+·NH3）被氧化成亞硝態氮（NO3--N）；在硝化細菌的作用下再進一步被氧化成植物生長所需要的硝態氮（NO3--N）。在20℃自然條件下，第二階段的氧化分解需百日才能最終完成。當水體缺氧時，另有一類反硝化細菌可以把硝酸鹽（NO3-）還原為亞硝酸鹽（NO3-），再還原為氨氮或游離氨或氮氣，失去營養作用，成為植物不能直接利用的氮。這種游離氨或氮氣由水體界面逸入空氣的過程稱為脫氮效應。在交換性較差的水體中，硝酸鹽被還原的趨勢增大，NH3－N濃度積累再度升高。在養殖環境中畢竟水體溶氧還達不到被完全消耗的狀態，僅在底泥過厚的無氧狀態時部分被反硝化出的氮氣溶入水體，于是此過程的脫氮逸氮能力是有限的，水體與底泥氨氮的總量常會居高不下。
1.4 轉化的過程
    從含氮有機物到氨氮所用的時間較短，從氨態氮到亞硝酸鹽時間也不算長，由于硝化細菌繁殖速度較慢，從亞硝酸鹽轉化到硝酸鹽需要時間就相對長一些。轉化過程的快慢和自凈平衡的能力取決于水體溫度、溶氧和有益菌群數量的三大因素。在養殖生產中，如果系統達到一定的自凈平衡狀態，水體氮循環會比較正常，三態氮會一直維持在穩定狀態。但傳統的養殖方式，忽視分解者和生產者的地位與作用，加速了水體環境惡化頻度而傳統的病害防治意識，又片面定勢微生物的致病作用，定期或反復濫用殺菌消毒劑及抗菌素，在把病菌撲滅的同時，也把系統中為數眾多的有益菌類（系統正常狀態時，有益菌群占95%以上，條件致病菌占4%,而有害菌不到1%）統統殺滅,浮游植物也遭受到殃及或同被撲滅，光合作用再度減弱，產氧與供氧機能更為不足，進而又會造成浮游動物大量死亡分解與氨氮物質的重復積累，勢必造成硝化過程受阻，這就是水中氨氮和亞硝酸鹽含量高的主要原因。然而，部分有害致病微生物往往是抗性極強，不易撲滅，反而又容易復發侵襲致病，造成養殖水體環境惡性的循環狀態。
2 氨氮在水中的存在形式與毒性
    氮在自然界存在的形式有9種之多，在水體中變化較大，一般在pH值7～8的常溫狀態時，有機氮物質約占60%，氨態氮可占35%，其它以硝態氮的形式存在。但在高溫季節有機腐敗物質積蓄較多的養殖水體中，氨態氮等有害物質的含量與作用就會相應增加。
2.1 分子氨及其毒性
    氨氮（NH3－N）是水體中無機氮的主要存在形式，通常氨主要以NH4+離子狀態存在，并包括未電離的氨水合物（NH3·H2O）。用一般的化學分析方法（奈氏試劑法）測定的氨的含量，實際上是離子氨（NH4+、也稱銨離子）和分子氨（NH3、也稱非離子氨）二者的總和。其二者的含量主要取決于水的pH值和水溫程度。pH值增加，分子氨（NH3）的比率增大，隨水溫的升高也稍有增加。pH值接近10時幾乎都以分子氨（NH3）的形式存在。
分子氨（NH3）與離子氨（NH4+）在水中可以相互轉化，但它們是性質不同的兩類物質。水合氨（NH3·H2O）能通過生物表面滲入體內，滲入的數量決定于水與生物體液pH值的差異。任何一邊液體的pH值發生變化時，生物表面兩邊的未電離NH3的濃度就會發生變化。NH3總是從pH值高的一邊滲入到pH值低的一邊。如NH3從組織液中排出這是正常的生理排泄現象；相反，若魚類等生物長期生活在含NH3量較高的水體中，不利于體內氮廢物的排泄，再若NH3從水體滲入組織液內，就會形成血氨中毒。NH4+不能滲過生物表面，因此它對生物無明顯的毒害。關于氨的毒性，以前常以總氨（NH3+NH4+）的濃度表示，然而在pH值等水質條件不同時，即使總氨量一樣，毒性也可能相差很大，而用分子氨濃度表示毒性，就更為確切。養殖水域中離子氨允許的最高濃度為每升5mg氮，而分子氨在每升0.2～1mg氮濃度時,就對大多魚類產生危害,為此, 養殖水域中分子氨濃度允許的最高值僅為每升0.1mg氮。滲進生物體內的分子氨（NH3），將血液中血紅蛋白分子的Fe2+氧化成為Fe3+,降低血液的載氧能力，使呼吸機能下降。氨主要是侵襲粘膜，特別是魚鰓表皮和腸粘膜，其次是神經系統，使魚類等水生動物的肝腎系統遭受破壞；引起體表及內臟充血，嚴重的發生肝昏迷以致死亡。即使是低濃度的氨，長期接觸也會損害鰓組織，出現鰓小片彎曲、粘連或融合現象。
2.2 亞硝酸鹽及其毒性
    亞硝酸鹽是硝化反應不能完全進行的中間產物，此時，水體溶氧缺乏，水性偏酸，加重了亞硝酸鹽的毒性。此外在秋冬季節，池塘水溫的突然變化，也會阻礙硝化細菌的作用，使亞硝酸鹽的濃度增高。亞硝酸鹽的作用機理主要是通過生物的呼吸，由鰓絲進入血液，與血紅蛋白結合形成高鐵血紅蛋白。血紅蛋白的主要功能是運輸氧氣，而高鐵血紅蛋白不具備這種功能，從而導致養殖生物缺氧，甚至窒息死亡。一般情況下,當水體中亞硝酸鹽濃度達到0.1mg/l,就會對養殖生物產生危害。
2.3 硝酸鹽氮及其危害
    一般認為硝酸鹽對水生動物沒有不良影響，其實在水體硝酸鹽的濃度較高（60mg/l）、時間較長時，也有一定的危害。較高濃度的硝酸態氮，如果不能及時被微生物或植物吸收轉化為其它形式帶走，一直會處于三態氮的動態循環中，一旦水體溶氧不足，隨時都會轉入反硝化過程，又以氨氮、亞硝酸鹽的形式危害水生動物。溫室大棚缺乏光照的育苗與養殖水體，排污換水不及時氨氮不易脫離出水體，誘發出種種病害，致使太多的養殖與育苗生產不成功或失敗。如在20世紀90年代我國的養鰻、養鱉及部分蝦蟹育苗產業大起大落，長期難以擺脫困境，與水體有機物質轉化不暢、自然生境模仿不成功等因素有直接的關系。
    我國漁業水質標準中規定分子氨濃度≤0.02mg/l，對魚類生長、繁殖等生命活動不會產生影響。在養殖水體中分子氨濃度介于0.02～0.2mg/l的，仍在魚類可忍受的安全范圍內。肥水魚塘氨氮總量(以氮計算)正常范圍認為是0.05～0.15mg/l，超過0.3mg/l時就構成污染，超過0.5mg/l時對魚類的毒性較大。
2.4 綜合因子的毒性效應
    養殖水體溶氧低、氨氮和亞硝鹽氮濃度高三者協同作用，是誘發式導致魚類等水體生物中毒、發病、死亡的主要因素，此外，其它因素也不可忽視。水體pH值過高時，離子氨（NH4+）轉化為分子氨（NH3），其毒性增大。在pH值低于6.5時，水體呈酸性，酸性水能使魚類血液的pH值下降，造成血紅蛋白運輸氧的功能發生障礙，致使魚組織內缺氧，形成生理性缺氧癥。此時盡管水中溶氧量正常，魚仍然會浮頭呆滯，表現出缺氧狀態。若pH值過低時，水體中S2－、CN－、NO3-等轉變為毒性很強的H2S、CO2、HCN（氰化物）等物質形式，增強各種有害因子的協同效應。此現象在夏秋高溫高濕季節的密養水體會經常發生，造成缺氧死魚，甚至可能導致整池魚蝦覆滅，既使能被解救出來的個體，2～3d內也難以恢復正常生命活動，持續呆滯懶動，嚴重影響攝食和生長。
3 養殖水體氨氮物質調控和利用技術
    氨氮物質是養殖水體最主要的營養成分，適量施肥增加濃度，是培育浮游生物天然活餌、增加溶氧，保障健康高效養殖的便捷有效途徑，符合生態養殖發展模式；若氨氮積累過量，會直接影響養殖生物的生長，甚至還會出現急性氨中毒等重度危害現象。為達到高產高效目的，又不出現養殖損失，就要求熟練觀測水質理化因子狀態與變化趨勢，主動調節水質，優化餌料結構，使養殖生物處于最優的生存與生長環境，將傳統的“以魚為中心”轉移到“以水為中心”的觀念上來。
3.1 施肥要確保有效性和安全性
    有機肥要先稀釋溶化、殺蟲滅菌，少量多次地潑撒于表溫層水體，使硝化反應得到充分進行，以防NH3的過量積滯。水中溶氧不足時，不可直接潑撒揮發性強的銨態氮類肥料，如碳酸氫銨、硫酸銨、氨水等；對鹽堿底質的池塘和用生石灰處理不久的水體，由于水的堿度、pH值偏高，要科學施肥，以免氨氮中毒危害，一般銨態氮類肥料用量每米水深每畝次不超過2.5kg。偏肥的水體，尤其是在高密度養殖中后期，老化混濁、多氮寡磷，偏高溫堿性的藍藻類植物會大量繁殖，此時的施肥應以補磷抑氮為宜。混合潑撒時宜先磷后氮，并間隔一定時間。冬季也應注意補磷補鈣，改善水質理化條件。

sdhuang

了解氮循環才能控制住水中當然氮，進而控制水質

蟲子的悲哀

水體中氮循環示意圖：

、、、隨意

蟲子的悲哀 發表于 2012-5-15 18:11
水體中氮循環示意圖：

五體投地

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