硝化细菌一直搞不懂，纯理论
PART1：搞清楚消化细菌，先看什么是氮循环。• 概述
○ 氮循环(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环。
○ 有机氮和无机氮：
§ 无机氮：是指植物、土壤和肥料中未与碳结合的含氮物质的总称。主要有氨氮、硝态氮和亚硝态氮等。
§ 有机氮：有机氮是植物、土壤和肥料中与碳结合的含氮物质的总称，如蛋白质、氨基酸、酰胺、尿素等。
• 主要作用
○ 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。
○ 详细解释：
§ 生物体内有机氮的合成：
□ 植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮。动物直接或间接以植物为食物，将植物体内的有机氮同化成动物体内的有机氮，这一过程为生物体内有机氮的合成。
§ 氨化作用
□ 动植物的遗体、排出物和残落物中的有机氮化合物被微生物分解后形成氨，这一过程是氨化作用硝化作用：
□ 在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐，这一过程叫做硝化作用。氨化作用和硝化作用产生的无机氮，都能被植物吸收利用。
□ 备注：大量的尸体或者硝酸盐亚硝酸盐，会出现爆藻。(比如在开缸时，没放鱼，可能因为放的沙没洗，导致沙里的微生物分解，导致氨氮超标)
§ 反硝化作用：
□ 在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮，分子态氮则返回到大气中，这一过程被称作反硝化作用。
§ 固氮作用（nitrogen fixation）
□ 是分子态氮被还原成氨和其他含氮化合物的过程。
□ 自然界氮（N2）的固定有两种方式：一种是非生物固氮，即通过闪电、高温放电等固氮，这样形成的氮化物很少；二是生物固氮，即分子态氮在生物体内还原为氨的过程。大气中90%以上的分子态氮都是通过固氮微生物的作用被还原为氨的。由此可见，由于微生物的活动，土壤已成为氮循环中最活跃的区域。
○ 总结
§ 生物体内有机氮的合成：无机氮-->有机氮，有机氮-->有机氮
§ 氨化作用：有机氮-->NH3
§ 硝化作用：NH3-->2HNO2-->硝酸盐
§ 反硝化作用：
□ C6H12O6+12NO3-→6H2O+6水草碳源+12NO2-+能量
□ 5CH3COOH+8NO3-→6H2O+10水草碳源+4N2+8OH-+能量
§ 固氮作用：
□ N2-->氮化物（如NH3）
PART2：也就是说无机氮到有机氮有个过程，需要硝化作用，再说硝化
• 硝化作用
○ 概述：鱼在日常新陈代谢中，食物投放过多时，产生的废物在水中沉积，在分解中，亚硝酸盐是有毒的，需要通过硝化细菌，水草，及换水的方式去除。
○ 生长：需要很大的附着面积，才可以生长。
○ 目标：降低水中氨氮含量、硝化细菌含量
• 硝化细菌：
○ 理论：
§ 概述：
□ 硝化细菌 ( Nitrifying bacteria ) 是一类好氧性细菌，包括亚硝酸菌和硝酸菌。
□ 两类菌能分别氧化过程中获得生长所需要的能量，但其能量利用率不高，故生长较缓慢，其平均代时（即细菌繁殖一代所需要的时间）在10小时以上。这两类菌通常生活在一起，避免了亚硝酸盐在土壤中的积累，有利于机体正常生长。
§ 反应式：
□ 亚硝酸细菌（又称氨氧化菌），将氨氧化成亚硝酸。
□ 反应式：2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+158kcal(660kJ)。
□ 硝酸细菌（又称亚硝酸氧化菌），将亚硝酸氧化成硝酸。
□ 反应式：HNO2 + 1/2 O2= HNO3, -⊿G= 18 kcal。
§ 有毒逻辑
□ 背景
□ 2015年圣诞节前人类已经成功分离出了可以直接将氨氮转化为硝氮的细菌，称为短程硝化细菌，结束了发现硝化细菌后100年来对氮素转化的教条式认知。
□ 有害逻辑
□ 氨氮有毒
◊ 氨氮是指以氨或铵离子形式存在的化合氮，即水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。会造成水体中溶解氧浓度降低，导致水体发黑发臭，水体的水质下降，对水生动植物的生存造成危害。
□ 亚硝酸盐剧毒
◊ 亚硝酸对于人体来说是有害的，这是因为亚硝酸与一些金属离子结合以后可以形成亚硝酸盐，而亚硝酸盐又可以和胺类物质结合，形成具有强烈致癌作用的亚硝胺。
□ 硝酸盐无毒
◊ 然而，土壤中的亚硝酸转变成硝酸后，很容易形成硝酸盐，从而成为可以被植物吸收利用的营养物质。
○ 实验
§ 硝化细菌新水繁殖实验
□ 准备：在空白水缸内，加入新水，加过滤装置（物理、生化）。
□ 数据：
® 氨氮数据：
◊ 第1天放入水
◊ 第3天开始，氨氮含量开始上升，第10天到达最高。
◊ 第12天开始下降，第14天下降到很低。
® 亚硝酸盐数据：
◊ 第10天，氨氮达到最高时，亚硝酸盐开始升高，第14天最高，第19天下降到正常值。（氨氮转化为亚盐）
§ 硝化细菌老水繁殖实验
□ 结论：消化细菌无法增加老水的硝化细菌
§ 硝化细菌光照繁殖实验
□ 实验原因：硝化细菌怕光。
□ 结论：
® 避光条件有利于硝化细菌繁殖，但不一定影响硝化细菌净水能力。
® 硝化细菌不会见光死，他们只是对紫外线恐惧，但是玻璃本身就可以阻挡一部分紫外线。
® 建议硝化细菌避光，因为太多的光照会生长藻类。
• 浮萍：
○ 理论：
§ 浮萍比水草吸附氮磷的能力强
○ 实验
§ 结论：浮萍可以吸收硝酸盐，但是受硝酸盐浓度等因素影响。
□ 在10条红绿灯，每日投喂0.03g鱼食，2颗水芙蓉足够吸收硝化系统产生的硝酸盐。
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