🐠 鱼缸水质模拟器 💧

硝化细菌与氮循环

在鱼缸中，硝化细菌扮演着至关重要的角色，它们是自然界氮循环的一部分，帮助维持水质健康。

• **氨 (NH₃/NH₄⁺):** 鱼类排泄物、未吃完的食物残渣会产生氨，对鱼类剧毒。
• **硝化细菌 (亚硝化菌):** 第一种硝化细菌会将氨转化为**亚硝酸盐 (NO₂⁻)**。亚硝酸盐对鱼类仍然有毒。
• **硝化细菌 (硝化菌):** 第二种硝化细菌会将亚硝酸盐转化为毒性相对较低的**硝酸盐 (NO₃⁻)**。
• **硝酸盐 (NO₃⁻):** 硝酸盐会在鱼缸中积累。虽然毒性较低，但高浓度仍对鱼类有害，需要通过**换水**或种植水草来去除。

健康的硝化细菌群落能够快速处理氨和亚硝酸盐，使鱼缸水质保持稳定。

**硝化细菌与 KH (碳酸盐硬度) 的关系:** 硝化细菌在转化氨和亚硝酸盐的过程中会消耗水中的碳酸盐，导致 KH 值缓慢下降。KH 是水体 PH 值的缓冲剂，KH 过低会导致 PH 剧烈波动，对鱼类有害。

GH (总硬度) 降低的原因 在真实的鱼缸中，GH（总硬度）的降低通常有以下几个原因：

• **植物吸收：** 如果鱼缸里有水生植物，它们会吸收水中的钙和镁离子（GH的主要构成元素）来生长。
• **生物消耗：** 某些鱼类、虾类、蜗牛等水生生物在生长、繁殖和蜕皮过程中，也会消耗水中的矿物质。
• **底床或滤材吸附：** 一些底床材料或滤材可能会吸附水中的钙和镁离子。
• **离子交换树脂：** 如果使用了离子交换树脂（例如某些软水剂），它们会主动去除水中的硬度离子。
• **蒸发：** 虽然蒸发本身不会直接减少水中的矿物质总量，但由于补充水通常不含或含少量矿物质（如RO水或蒸馏水），长期补充蒸发掉的水会导致硬度相对下降，除非补充的是硬水。

KH (碳酸盐硬度) 降低的原因 KH（碳酸盐硬度）的降低在鱼缸中更为常见和重要，主要原因如下：

• **硝化作用消耗：** 这是最重要的原因。硝化细菌在将氨转化为亚硝酸盐，再将亚硝酸盐转化为硝酸盐的过程中，会消耗水中的碳酸盐（重碳酸盐）作为反应物。这就是为什么硝化作用被称为“酸性过程”，它会降低KH，进而影响PH的稳定性。
• **植物光合作用：** 水生植物在光合作用旺盛时，如果水中二氧化碳不足，它们会从碳酸盐中提取碳，导致KH下降。
• **有机酸的产生：** 鱼类排泄物、食物残渣的分解以及腐殖质的积累会产生有机酸，这些酸会中和水中的碳酸盐，导致KH降低。
• **二氧化碳溶解：** 水中溶解的CO₂会形成碳酸，碳酸也会消耗一部分碳酸盐缓冲。

为什么在 KH 为 0 时硝酸盐仍在增加是严谨的？ 这涉及到硝化作用的生物化学特性和实际鱼缸中可能发生的情况：

硝化作用的本质：

硝化细菌（尤其是将亚硝酸盐转化为硝酸盐的硝化菌）在进行硝化作用时，确实会消耗水中的**碳酸盐（HCO₃⁻）**作为碳源和缓冲剂。这是一个产酸过程。 理论上，如果碳酸盐完全耗尽（即 KH 为 0），pH 值会失去缓冲能力而急剧下降（即 pH 崩溃）。

在极端低 pH 值下，硝化细菌的活性会大幅降低甚至停止。大多数硝化细菌在 pH 值低于 6.0 甚至 6.5 时就会受到严重抑制。

模拟的合理性：

即使 pH 快速下降，模拟器并没有立即将氨和亚硝酸盐的转化停止。

这意味着： 惯性： 硝化细菌在完全失活前，仍可能在短时间内进行微弱的转化，尤其是在 pH 刚开始下降，但还没到其完全停止活性的临界点时。 微量残留： 即使大部分细菌失活，鱼缸中仍可能有微量的硝化细菌或在某些局部区域（例如滤材深处）仍能维持极低效率的转化。 模拟的简化： 模拟器通常会简化复杂生物过程的临界点。完全“停止”可能需要更复杂的逻辑。 真实世界的对应： 在实际的鱼缸中，当 KH 耗尽导致 pH 崩溃时，水质会变得极度危险。鱼类会受到严重应激，甚至死亡。 在这种恶劣环境下，虽然硝化作用的效率会变得非常低，但并非立即完全停止。硝酸盐依然可能缓慢累积，直到整个生物过滤系统彻底崩溃。 更重要的是，模拟器通过“极度危险！KH 过低，PH 崩溃风险！”的提示，以及伴随的 PH 快速下降，已经成功地传达了这种危急情况。它强调了 KH 的重要性，而不是让用户认为 KH 降到 0 就“万事大吉”了（因为不会产生硝酸盐）。相反，它告诉用户，即使在最坏的情况下，问题依然存在并恶化。