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「魚菜共生」(Aquaponics)是一種結合水培和養魚的創新方法,近年在學界廣受歡迎。它不僅有趣,而且涉及多個學科知識,適合各種年齡的學習者。但是,魚菜共生並不是一件容易的事,它需要一定的技巧和知識,才能達到理想的效果。今天,我們就來分享一些魚菜共生的操作要點,讓你更了解這個有趣的項目。


生物繁殖關鍵元素

首先,我們從最基本的養魚開始。你可能有過這樣的經驗:你買了一個新魚缸,安裝了過濾系統,種上了美麗的水草,第一天,你看到魚兒們快樂地游來游去,你心里很開心。但是,一個星期後,你發現魚兒們突然全都死了,你感到非常難過。你想知道發生了甚麼事嗎?有人告訴你,原來你忘了定期換水,而且不能把所有水都換掉,要保留三分一的舊水。你可能會問︰為甚麼要這樣做?為甚麼鄰居小明,他的魚缸半年都沒有換過水,卻沒有出現問題?

讓我們來解釋一下。魚菜共生的關鍵是「硝化細菌及氮循環」(Nitrifying Bacteria and Nitrogen Cycle)。空氣中有大約78%的氮氣,是所有生物必須的元素之一。氮存在於蛋白質和核酸的結構中,對於生物的生長和繁殖至關重要。在植物中,氮被用來製造葉綠素,進行光合作用。氮循環是生物學的重要內容,涉及很多細節,我們今天只講魚缸中的氨(Ammonia, NH3)*、亞硝酸鹽(Nitrite, NO2-)和硝酸鹽(Nitrate, NO3-)的變化(下圖),以及它們對魚和植物的影響(見附表)。

魚缸中的氮循環
魚缸中的氮循環

 

氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽對魚缸影響
氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽對魚缸影響

 


魚缸換水秘密

新魚缸中氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽隨時間演替進程表
新魚缸中氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽隨時間演替進程表

 

當你的新魚缸開始運作,氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽隨時間開始演替(上圖),魚類會從魚鰓分泌氨,氨的濃度會不斷增加。如果你不及時換水,氨的濃度會達到致命的水平,魚類會死亡。但是,如果魚缸中有足夠的硝化細菌,它們會把氨轉化成亞硝酸鹽,這是一種有毒的物質,但比氨要弱一些。

如圖所示,當氨的濃度達到最高點(紅色線)時,硝化細菌會大量繁殖和工作,把氨的濃度降低,同時亞硝酸鹽的濃度會增加(黃色線)。當亞硝酸鹽的濃度接近最高點時,另一種硝化細菌會工作,把亞硝酸鹽轉化成硝酸鹽,這是一種對魚類相對溫和的物質,但對植物有益,可以作為肥料(綠色線)。因此,我們可以在魚缸中種植一些水草,讓它們吸收硝酸鹽,減少硝酸鹽的濃度。當然,如果水草的數量不夠,水內硝酸鹽濃度過高會增加魚類受細菌感染的機會;所以我們還是要定期換水,保持魚缸的水質。

魚缸中的氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽一般可以用試紙或試劑去測量。你可以在寵物店或線上商店購買水質測試套件。這些套件通常包含用於測量氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度的試紙(圖3a及3b)或試劑(圖4a至4c)。只要按照測試套件的說明進行操作,便可以知道氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽的濃度。


微妙平衡比例

如果你發現魚缸中的氨、亞硝酸鹽或硝酸鹽濃度過高,可能需要更換部分水或調整飼養條件以改善水質。如果你不確定如何操作,建議諮詢寵物店或水族專家的意見。

經過一段時間,若你發現魚缸水的氨、亞硝酸鹽的濃度處於低位,同時硝酸鹽的濃度處於標準,而且情況持續至少一星期,那恭喜你了,你的魚缸的水質已經進入穩定期,只要繼續留心,隨時3至6個月也不需要換水!

最後,如果情況持續沒有改善,最後的方法就是換水。到底要換多少水呢?換水的原因,是因為魚缸中魚類大量死亡增加了水中氨的濃度,而透過換水可以降低氨的濃度。但若換水太多,水中的硝化細菌亦同時大量減少,可能需要一段很長時間讓硝化細菌繁殖,所以兩者必須平衡。根據坊間經驗,保留三分一的舊水比較理想,不過你也可以按自己的情況去尋找氨濃度和硝化細菌量的平衡點,這會來得更有科學基礎和可行,同學們現在應該懂得怎樣做,對嗎?!


小思考,大智慧

若魚缸水出現以下情況,表示魚缸中某些環節可能出現問題。你現在已初步掌握了氮循環和魚菜共生的基本原理,所以試找出哪些環節出了問題並提出相應的解決方法。

情況1︰魚缸水中氨的濃度過高,但亞硝酸鹽和硝酸鹽的濃度處於低位。

情況2︰魚缸水中氨和亞硝酸鹽的濃度處於低位,但硝酸鹽的濃度過高。


參考答案

情況1︰ 原因是硝化細菌量太少或不活躍,魚的數目太多亦可引致。前者的解決方法是清理所有死魚,換入一定程度的新水,主要目的是減低水的不良氣味,然後硝化細菌在水中繼續繁殖,若它們數量足夠,會自動開始投入工作,最後你會發現魚缸中的水漸漸清澈,不良氣味亦漸漸消失;此時,你便可以放入少量新魚,你會發現魚缸很快會進入穩定狀態。而另外一個問題就是養魚太多,這個容易解決,減少魚的數量就可以。

情況2︰主要是因為植物的吸收不足以消化大量的硝酸鹽,最好的方法就是增加植物的數量,硝酸鹽的濃度自然會減低;當然換水也是一個方法,但只是治標不治本,所以不推薦。


文:英華書院化學科老師陳滿堅、英華書院生物科老師黃邵凝及英華書院生物科技術員姚天樂

本欄逢周四刊登,由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿,旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料,引發學生探求知識的興趣,將學習融入生活,培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。

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