谈谈植物在过滤中的作用，以及如何做到真正的不换水

donjoe05

应用在水族中的植物大致分为:
1.沉水植物：皇冠草等各种水草
2.浮水植物：睡莲、水葫芦、各种浮萍
3.挺水植物：梭鱼草、芦苇、菖蒲、紫芋、铜钱草等，水陆两栖植物，河岸边常见。
4.低等植物：硅藻、小球藻、青苔等各种藻类，无处不在。
以上都是水生植物。
5.陆生水培植物：其中比较喜爱湿土的，通过驯化生出气根，但不是真正的水生。比如绿萝。

一.植物在氮循环中的角色
在没有植物存在的情况下：
异养细菌将蛋白质分解成氨基酸，氨基酸进一步分解成氨氮。
压硝化菌将氨氮氧化成亚硝酸盐。
硝化菌将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。
----有氧条件下，硝酸盐累积，需要换水。
----缺氧条件下，反硝化菌将硝酸盐还原成氮气（参考“缺氧过滤”）。
在有植物的情况下，植物便会吸收硝酸盐，仅此而已吗？
并不是，植物不仅吸收硝酸盐，也吸收氨氮、尿素，还有研究表明植物吸收氨基酸，而且对氨基酸对植物生长有更多益处。吸收比例因植物而异。
所以在氮循环中，植物除了将蛋白质分解成氨基酸没有插一脚，其他的都包了，可以说它在源头上抢了异养细菌、硝化细菌和反硝化细菌的饭碗。


二.植物衰老死亡导致的重复污染
植物在氮循环中作用如此大，是不是养一缸绿水就一劳永逸，事情没那么简单。
因为水族箱中，大部分氮来源，不是粪便，而是死掉的植物。
植物也不是永生的，像藻类，对氮的吸收率非常高，但是死的也飞快，一死就把吸收的污染物质全数返还给水体。因此虽然藻类的吸收率高，但是整体去污能力低下。浮萍和水草也是如此，这些植物都需要把它们控制在生长期，因为当他们过了生长期，就会在吸污的同时衰老排污。为防止这一点，需经常修剪过于茂盛的水草的老叶。修剪植物=换水，可以这么说。对于藻类，不能修剪，那就加入滤食性动物、底栖动物来吃掉藻类，控制数量就可以降低藻类对水的污染。
这是水下植物，对于挺水植物和陆生植物，就没有这个重复污染的问题。因为它们的叶子是在水上的。


三.光照不足植物大量消耗溶氧
在夜晚或光照不足的情况下，如果是沉水植物、低等植物，那么将会消耗大量溶氧进行呼吸作用，对其他生物造成危害。这是为什么江河湖泊出现水华（绿水），会导致一夜之间，大量鱼类浮尸。


（所以不要迷恋绿水，这是水质污染严重的表现）
叶子露出水面的植物：挺水植物、浮水植物、陆生水培植物耗氧小得多

四.挺水植物和陆生水培植物的区别
陆生水培植物，鱼菜共生里很多，生菜、番茄这些，它们的核心，是解决缺氧的问题。因为水培植物会消耗水中的氧，而当氧不足的情况下，会无氧呼吸产生酒精，导致烂根。
挺水植物和陆生植物最大的区别是，它具有从叶子向根茎输送氧气，并从根系分泌氧的能力（根系泌氧ROL）。这是水生植物在长期水体缺氧的情况下进化出来的。在根系周围形成富氧区，用来保护根系。这也是为什么水生植物根部在淤泥中而不腐烂，而陆生植物最多只能在湿润但是“透气”的土壤中生长。
虽然挺水和陆生水培植物一样可以吸收水中的污染物，但水培植物抢夺了其他细菌的溶氧，溶氧是大部分过滤的限制因素，研究表明，不同溶氧量下，氨氮代谢速度差别巨大。所以总体上，水培植物的过滤能力约=0。




五.挺水植物的优点
挺水植物叶子在水上，不会消耗水体溶氧，光合作用时，可以根部泌氧，这是天然的纯氧气泵，可以增加水体溶氧，促进好氧微生物代谢，挺水植物庞大的根系也是天然的物理滤网和细菌附着面，在根区附近形成好氧、缺氧微环境，适宜于不同类型微生物的生长活动。吸附重金属。研究表明挺水植物根系会分泌有机物促进微生物代谢，降低COD（化学需氧量）。另外挺水植物也可以在浅水区为水生动物、鸟类、两栖动物提供栖息、繁殖的场所，丰富生物多样性，增加生态系统稳定性，也有景观作用。
挺水植物在人工湿地改善城市污染水体、改善土壤含氧量方面有很多应用了，基本不会选用其他植物。
挺水植物用于大型水体的净水可行，用于家庭小水体是否可行？需要多少数量的植物才能不换水？这有待验证，因为不同的光照条件、不同的饲养环境、气候都有影响，不过可以肯定的是，挺水植物要比水培植物（绿萝富贵竹之类鱼菜共生的非水生蔬菜）要强很多，在原有过滤基础上，添加挺水植物，是可以提升水质的（理论上）。


六.根部泌氧的决定因素
挺水植物根系泌氧的速度，有两个因素决定，一是根系的大小，根茎型优于根须型，根孔隙度决定氧气释放量。二是地上部生物量，生物量决定光合作用产生的氧气量。因此像泽苔、梭鱼草、美人蕉、紫芋这样较大型的根茎型挺水植物，泌氧效率较高，同时相辅相成去污能力也强。

七.植物软化硬水以及补充微量元素
水的硬度由溶解于水中的钙、镁盐类构成，硬水会对鱼类造成伤害。
而钙、镁是植物所需元素中的中量元素。植物对钙的吸收仅次于钾，钙是细胞膜的重要组成部分。镁的主要功能是作为叶绿素的中心原子，缺镁的情况下导致植物失绿。
植物可以通过吸收钙镁离子，防止水质过硬，但是当他能做到这点时候，便会同时出现其他微量元素匮乏症，这时候需要添加微量元素。
鱼菜共生说的，养鱼不换水、种菜不施肥，后面一句是有前提的，只是不施氮磷肥，除非是含微量元素配方的鱼饲料，否则最后都会缺微量元素的，尤其是螯合铁。


八.如何做到不换水
换水主要目的有两个，一是降低硝酸盐/氨氮/亚硝酸盐浓度，二是降低硬度。
这两个目的植物都能做到。但是需要相匹配的数量。
1.选用生长速度快的水生植物，推荐使用挺水植物，不要使用水培陆生植物。
2.平衡喂食量和植物的数量。使输入营养=植物生长量，如何观测是否平衡，观察水是否变绿，水变绿说明植物竞争力不足，加入滤食性动物控制藻类数量；水保持不绿，说明植物已经满足当前营养量。
3.定期修剪植物老叶，注意：植物的生长速度=过滤能力，满缸水草的植物过滤能力=0。挺水植物不需要修剪，但是繁殖过密时需要减密。
4.添加微量元素。通过观察植物是否发黄等症状，添加相对应的微量元素。
5.充足的光照。
简单说就是两点，足够的生长旺盛的水生植物+防止水生植物溶解腐烂叶。
九.本土39种挺水植物去污能力（仅作参考）
表1不分次序，表2是脱氮脱磷速度（1平方该植物1年内吸收的氮或磷总量）排行。




如果要寻找挺水植物，最好的方法，是去当地的河岸、溪流野采，那些是最适合当地气候的挺水植物。
参考文献：
1）三十九种观赏挺水植物应用于人工浮岛水质净化潜力的比较_郑洁敏
2）挺水植物在生态园林中的应用_王正超
3）11种湿地植物在污染水体中的生长特性及对水质净化作用研究_李丽鱼缸最好的过滤方法图, 过滤烟嘴真的有用吗, 龟池过滤植物, 香烟用水过滤后对人体, 自制植物过滤系统

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