硝化细菌驱动的鱼菜菌共生系统

韩如旸 | 2020年10月20日

文献引用

韩如旸. 2020. 硝化细菌驱动的鱼菜菌共生系统 . 网址：www.ruyangmicrobio.org/aquaponics

鱼菜菌共生系统是一个硝化细菌驱动下的氮转化系统。鱼消化饵料排出粪便，其中氨基酸成分被微生物分解释放出大量的氨。高浓度的氨/铵离子积累对鱼有毒性，这样就必须定期换水，以维持水质。体系中氨氧化菌可把氨氧化成亚硝酸，再由硝化细菌将亚硝酸氧化为硝酸，这一过程叫做氨氧化和硝化过程，使体系中的氨降低至安全水平，对鱼生长有利。体系中出现硝酸盐后，生长于水体表面的植物可以利用硝酸盐作为氮肥维持生长，同时去除了水中的硝酸盐，对鱼生长有利。外加LED补光亦可加速植物的光合作用。鱼菜菌共生系统的核心为参与氮转化的硝化细菌。鱼缸底部和生物过滤系统中放置的滤环提供了硝化细菌生长的空间。经过40天左右，硝化细菌富集成熟，系统达到稳态，氨、亚硝酸、和硝酸均维持在痕量水平。之后无需担心水质，无需定期换水。

材料

  1. 鱼缸1只（10加仑）

  2. 金鱼20条

  3. TopFin水循环过滤系统1个

  4. 生物滤环 Fluval Biomax Bio Rings 2袋 （2X500g）：平铺于缸底，吸附鱼粪等杂质，提供微生物生长空间。

  5. 袋装生物小滤环 Fluval SPEC Biomax 1袋：放置于TopFin过滤系统内部，过滤从鱼缸中吸出的鱼粪等颗粒物，并逐步富集降解微生物群。

  6. 海绵中空浮片：用于放置植物小苗，使其漂浮在鱼缸水面。

  7. 植物若干：萝卜、青菜等蔬菜小苗均可，可尝试各种不同蔬菜。

  8. LED照明灯管：提供植物生长的外加光源，可分别补加蓝紫光、红光、白光、或三种混合光。

  9. API Freshwater Master Test Kit：检测鱼缸水中的铵离子、亚硝酸盐、硝酸盐浓度。

系统构建步骤

  1. 将生物滤环用自来水冲洗干净后平铺于鱼缸底部；

  2. 将自来水装满鱼缸，放置数天去除水中的氯；

  3. 将袋装生物小滤环放置于水循环过滤系统中，将整个过滤系统安装于鱼缸合适位置，通电运行；

  4. 将金鱼倒去鱼缸中，每2天喂鱼饵料0.3g；

  5. 将植物小苗固定于海绵浮片中，漂浮于鱼缸水面；

  6. 安装和开启LED，在夜间补光照明；

  7. 定期（每1天或每2天）检测水中的铵离子、亚硝酸盐、和硝酸盐浓度。

系统水质检测

利用API Freshwater Master Test Kit（左上）可以半定量的估测出水中氨/铵离子、亚硝酸盐、和硝酸盐浓度变化，指示颜色依次对应于照片中从左到右的三个试管。系统运行4天后，铵离子开始积累（右上）；20天后，亚硝酸和硝酸盐开始积累（左中），并在此后一周达到最高值；30天左右，铵和亚硝酸完全被转化成硝酸，硝酸累积达到最高值（右中）；40天后，硝酸盐开始逐步减少（左下），最后氨/铵离子、亚硝酸盐、硝酸盐均降低至痕量水平。投加0.3g饵料后，氨/铵重新出现积累，但两天后可完全被氧化，降至痕量水平。直至，系统中硝化细菌富集完成，可将水中的氨/铵离子完全氧化成亚硝酸，然后氧化至硝酸；而硝酸盐被水体中的植物吸收，或被生物过滤系统中生长于滤环中硝酸盐还原菌还原成氮气，排放至大气中。