魚缸內的營養循環

[legendhua]

一直想整理個讓人一目了然的圖表, 讓大家能快速了解海缸系統.
(用文字寫一堆, 除了難吸收外, 也不容易看出各階段相互間的作用與關係)

總算是弄了初稿 (還需要能人異士修正補缺~ )
我們平時操作的手法, 或是有驚世駭俗能人號稱有甚麼驚世大法, 理論上背後的原理都要能出現在這圖表中~

新版(2026.5.22)
營養循環 2026_0522 by legendhua, 於 Flickr


舊版 (修訂版請參考 #6樓圖表)

營養循環 by legendhua, 於 Flickr

 

[jeremie]

看起來真的比我以前那堆落落長的文章清楚多了，必須給個讚

稍微補充一些東西：
1. 銨和亞硝酸鹽同樣能被細菌或藻類等生物吸收。

2. 典型脫氮的過程其實是會先把硝酸鹽還原成亞硝酸鹽然後才是NO2>NO>N2O>N2，某些情況下不完全的還原可能會造成NO2的累積(例如某些沒設置好的硝酸鹽化除器)。

3. 除了硫磺珠反應器外，一般的厭氧脫氮其實會需要有機碳才能運作(所需量會比好氧碳源法少一些)，因此如果只是單純把水導到缺氧區域是沒辦法脫氮的。

4. 異營菌分解可能可以改成異營生物就好。比如魚在吃了飼料後其實很大比例的氨氮廢物是直接從鰓以氨的形式排掉，不見得要拉屎然後等屎被分解。

5. 臭氧也許可以改成強氧化劑就好，因為也是有些人會用雙氧水或次氯酸根來達到類似的效果。此外換水我認為也是一般缸子移除refractory organics蠻重要的途徑。

6. 並不是所有有機物最後都會分解出營養鹽。如果有機物要一路分解到硝酸鹽，它的結構內必須要有氮；而若要分解出磷酸鹽當然也要是含磷的有機物。比如碳水化合物或脂肪酸等有機物不管怎麼分解都不可能產生NO3和PO4；而胺基酸由於沒有磷故也不可能分解出PO4。


超沒用冷知識區：
1. 絕大多數海水缸中負責把氨氧化成亞硝酸根的微生物其實是Nitrosopumilus這個屬的古菌。這些傢伙的常見程度遠超我的預期，幾乎所有我看過的海水缸菌相資料中最大宗的氨氧化微生物都是他們，其他種類的氨氧化細菌和氨氧化古菌反而挺稀有的。另外Nitrosopumilus也有很多奇怪的特異功能，例如有些種類可以使用尿素、有些則是極少數可以生成氧氣的非光合作用生物。Nitrosopumilus對於低濃度氨的使用能力也很強，甚至可以和很多藻類競爭，因此我也認為他們有可能影響到缸內藻類以及珊瑚的生長。

2. 在厭氧環境下有些微生物可以把銨和亞硝酸鹽直接轉化會氮氣(anammox)，而這些微生物多半是自營的，因此過程不需要有機碳。Anammox在海洋中貢獻了約30~50%的脫氮，因此其實是氮循環很重要的一環，不過我也不曉得在海水缸中這個作用有多大的重要性。

 

[merumeru]

3. 除了硫磺珠反應器外，一般的厭氧脫氮其實會需要有機碳才能運作(所需量會比好氧碳源法少一些)，因此如果只是單純把水導到缺氧區域是沒辦法脫氮的。

疑那所以厚沙系統也是需要引入碳源的麼

 

[legendhua]

看起來真的比我以前那堆落落長的文章清楚多了，必須給個讚

稍微補充一些東西：
1. 銨和亞硝酸鹽同樣能被細菌或藻類等生物吸收。

2. 典型脫氮的過程其實是會先把硝酸鹽還原成亞硝酸鹽然後才是NO2>NO>N2O>N2，某些情況下不完全的還原可能會造成NO2的累積(例如某些沒設置好的硝酸鹽化除器)。

3. 除了硫磺珠反應器外，一般的厭氧脫氮其實會需要有機碳才能運作(所需量會比好氧碳源法少一些)，因此如果只是單純把水導到缺氧區域是沒辦法脫氮的。

4. 異營菌分解可能可以改成異營生物就好。比如魚在吃了飼料後其實很大比例的氨氮廢物是直接從鰓以氨的形式排掉，不見得要拉屎然後等屎被分解。

5. 臭氧也許可以改成強氧化劑就好，因為也是有些人會用雙氧水或次氯酸根來達到類似的效果。此外換水我認為也是一般缸子移除refractory organics蠻重要的途徑。

6. 並不是所有有機物最後都會分解出營養鹽。如果有機物要一路分解到硝酸鹽，它的結構內必須要有氮；而若要分解出磷酸鹽當然也要是含磷的有機物。比如碳水化合物或脂肪酸等有機物不管怎麼分解都不可能產生NO3和PO4；而胺基酸由於沒有磷故也不可能分解出PO4。


超沒用冷知識區：
1. 絕大多數海水缸中負責把氨氧化成亞硝酸根的微生物其實是Nitrosopumilus這個屬的古菌。這些傢伙的常見程度遠超我的預期，幾乎所有我看過的海水缸菌相資料中最大宗的氨氧化微生物都是他們，其他種類的氨氧化細菌和氨氧化古菌反而挺稀有的。另外Nitrosopumilus也有很多奇怪的特異功能，例如有些種類可以使用尿素、有些則是極少數可以生成氧氣的非光合作用生物。Nitrosopumilus對於低濃度氨的使用能力也很強，甚至可以和很多藻類競爭，因此我也認為他們有可能影響到缸內藻類以及珊瑚的生長。

2. 在厭氧環境下有些微生物可以把銨和亞硝酸鹽直接轉化會氮氣(anammox)，而這些微生物多半是自營的，因此過程不需要有機碳。Anammox在海洋中貢獻了約30~50%的脫氮，因此其實是氮循環很重要的一環，不過我也不曉得在海水缸中這個作用有多大的重要性。

果然要整理這種資訊, 還是需要專業的人~ (感謝J大)


有些還不清楚的地方想要確認.

6. 並不是所有有機物最後都會分解出營養鹽。

=> 關於這點, 除了走 氮源轉化, 磷源轉化, RDOM, 生物細菌吸收 外, 還有哪些途徑呢?

 

[samlnf]

讚喔~ 當自己了解營養循環系統之後，想跟魚友說明也需要解釋半天還很難理解，曾想做圖表但我好懶，大大弄個圖表清楚明瞭，還貼心的把細節都備註上去了~

有用色塊區分類別，所以也在想是否可以更完整的表示，所以一個建議參考看看：
黃色的餵食跟移除同個色塊，應該可以分開，餵食、碳源同色，移除、吸附換一個顏色(輸出都用同色)，這樣輸入、輸出就會很好理解~

 

[legendhua]

看起來真的比我以前那堆落落長的文章清楚多了，必須給個讚

稍微補充一些東西：
1. 銨和亞硝酸鹽同樣能被細菌或藻類等生物吸收。

2. 典型脫氮的過程其實是會先把硝酸鹽還原成亞硝酸鹽然後才是NO2>NO>N2O>N2，某些情況下不完全的還原可能會造成NO2的累積(例如某些沒設置好的硝酸鹽化除器)。

3. 除了硫磺珠反應器外，一般的厭氧脫氮其實會需要有機碳才能運作(所需量會比好氧碳源法少一些)，因此如果只是單純把水導到缺氧區域是沒辦法脫氮的。

4. 異營菌分解可能可以改成異營生物就好。比如魚在吃了飼料後其實很大比例的氨氮廢物是直接從鰓以氨的形式排掉，不見得要拉屎然後等屎被分解。

5. 臭氧也許可以改成強氧化劑就好，因為也是有些人會用雙氧水或次氯酸根來達到類似的效果。此外換水我認為也是一般缸子移除refractory organics蠻重要的途徑。

6. 並不是所有有機物最後都會分解出營養鹽。如果有機物要一路分解到硝酸鹽，它的結構內必須要有氮；而若要分解出磷酸鹽當然也要是含磷的有機物。比如碳水化合物或脂肪酸等有機物不管怎麼分解都不可能產生NO3和PO4；而胺基酸由於沒有磷故也不可能分解出PO4。


超沒用冷知識區：
1. 絕大多數海水缸中負責把氨氧化成亞硝酸根的微生物其實是Nitrosopumilus這個屬的古菌。這些傢伙的常見程度遠超我的預期，幾乎所有我看過的海水缸菌相資料中最大宗的氨氧化微生物都是他們，其他種類的氨氧化細菌和氨氧化古菌反而挺稀有的。另外Nitrosopumilus也有很多奇怪的特異功能，例如有些種類可以使用尿素、有些則是極少數可以生成氧氣的非光合作用生物。Nitrosopumilus對於低濃度氨的使用能力也很強，甚至可以和很多藻類競爭，因此我也認為他們有可能影響到缸內藻類以及珊瑚的生長。

2. 在厭氧環境下有些微生物可以把銨和亞硝酸鹽直接轉化會氮氣(anammox)，而這些微生物多半是自營的，因此過程不需要有機碳。Anammox在海洋中貢獻了約30~50%的脫氮，因此其實是氮循環很重要的一環，不過我也不曉得在海水缸中這個作用有多大的重要性。

依據 J大 建議, 修訂了一版~
營養循環 2026_0521 by legendhua, 於 Flickr

ps: 圖檔上傳到站上好像會被壓縮到看不清楚, 所以就先連結上 Flickr

 

[legendhua]

讚喔~ 當自己了解營養循環系統之後，想跟魚友說明也需要解釋半天還很難理解，曾想做圖表但我好懶，大大弄個圖表清楚明瞭，還貼心的把細節都備註上去了~

有用色塊區分類別，所以也在想是否可以更完整的表示，所以一個建議參考看看：
黃色的餵食跟移除同個色塊，應該可以分開，餵食、碳源同色，移除、吸附換一個顏色(輸出都用同色)，這樣輸入、輸出就會很好理解~

原意也是要色塊區分一下類別( 還未決定怎麼分類較好)

原本想法:
1. 黃色是人為操作
2. 深紅色是不好有危險之物
3. 淺紅色是不好等級降低
4. 綠色比較中性的產物

畫這些關係主要也是想在分析缸內狀況時, 不要遺漏了各種可能的途徑.

 

[legendhua]

另外也針對珊瑚獲得營養來源整理了張圖表, 當上一個 topic 完成後, 就可以檢視珊瑚的營養來源,
可以在上一張的那個流程中獲得~

不同種類的珊瑚, 獲取營養方式的比例應該是不同的, 暫時就先只列出有可能的途徑,
真的要探究比例, 可能還得針對不同種類分開討論了~

 

[jeremie]

疑那所以厚沙系統也是需要引入碳源的麼

如果目標是希望透過脫氮去除NO3的話的確會需要有機碳源。
在傳統的厚沙缸中很大一部分的有機碳可能是來自上層的生物碎屑。這可能也是為何大家會說厚沙需要比較長的時間成熟的原因，因為要讓缺氧區域能有效率的脫氮的話需要沙層有足夠的生物相產生及攪動有機碳到下層。
不過有些玩家是也會透過額外補充碳源來加速這個過程。

果然要整理這種資訊, 還是需要專業的人~ (感謝J大)


有些還不清楚的地方想要確認.

6. 並不是所有有機物最後都會分解出營養鹽。

=> 關於這點, 除了走 氮源轉化, 磷源轉化, RDOM, 生物細菌吸收 外, 還有哪些途徑呢?

如果是像藻類殘渣中的纖維素或澱粉的話除了併入其他生物體內以外，剩下的分解完也就是變回CO2而已。
物種或是環境的差異其實都會影響到生物體要拿多少有機碳去呼吸以及要拿多少去蓋新的biomass。如果目標是移除營養鹽的話那蓋biomass的比例當然高一些好；反之若是拿去呼吸產生CO2的比例高一點則可以加速缸內累積之有機養分的代謝。

之前提到碳源法會越加效率越差的原因也是因為細菌族群已經多到原先的碳源量已經不足以拿去蓋新biomass，因此絕大部分的碳就都會被拿去呼吸維持基本的生存(這個情境下雖然營養鹽消耗會降低但反而可以加速其他有機物的代謝)。

另外也針對珊瑚獲得營養來源整理了張圖表, 當上一個 topic 完成後, 就可以檢視珊瑚的營養來源,
可以在上一張的那個流程中獲得~

不同種類的珊瑚, 獲取營養方式的比例應該是不同的, 暫時就先只列出有可能的途徑,
真的要探究比例, 可能還得針對不同種類分開討論了~

無機營養鹽的使用其實不見得得要透過共生藻。銨鹽和磷酸鹽珊瑚本人其實都有能力直接從水體吸來用，而效率的話最近幾年的研究也發現其實遠高於以往所認為的，甚至還有可能搶贏共生藻進而控制住他們生長(Cui et al., 2023; Rädecker et al., 2023)。

 

[legendhua]

如果目標是希望透過脫氮去除NO3的話的確會需要有機碳源。
在傳統的厚沙缸中很大一部分的有機碳可能是來自上層的生物碎屑。這可能也是為何大家會說厚沙需要比較長的時間成熟的原因，因為要讓缺氧區域能有效率的脫氮的話需要沙層有足夠的生物相產生及攪動有機碳到下層。
不過有些玩家是也會透過額外補充碳源來加速這個過程。


如果是像藻類殘渣中的纖維素或澱粉的話除了併入其他生物體內以外，剩下的分解完也就是變回CO2而已。
物種或是環境的差異其實都會影響到生物體要拿多少有機碳去呼吸以及要拿多少去蓋新的biomass。如果目標是移除營養鹽的話那蓋biomass的比例當然高一些好；反之若是拿去呼吸產生CO2的比例高一點則可以加速缸內累積之有機養分的代謝。

之前提到碳源法會越加效率越差的原因也是因為細菌族群已經多到原先的碳源量已經不足以拿去蓋新biomass，因此絕大部分的碳就都會被拿去呼吸維持基本的生存(這個情境下雖然營養鹽消耗會降低但反而可以加速其他有機物的代謝)。



無機營養鹽的使用其實不見得得要透過共生藻。銨鹽和磷酸鹽珊瑚本人其實都有能力直接從水體吸來用，而效率的話最近幾年的研究也發現其實遠高於以往所認為的，甚至還有可能搶贏共生藻進而控制住他們生長(Cui et al., 2023; Rädecker et al., 2023)。

修改圖表

 

[resale]

圖文都很簡潔清楚 值得置頂