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漫谈黑水及黑水在水族缸中的应用

2011-08-25 13:25阅读:
一、前言
黑水(Black water)是水族缸的添加剂之一,顾名思义,它是一种黑色的液体,一般市售商品为8 ~20﹪的腐殖酸(Humus acid)溶液。腐殖酸的种类很多,在农业的开发应用上,经过了漫长的历程,它的多功能作用,也越来越得到了人们的肯定。由于腐殖酸类肥料(Humic fertilizer)通常是黑色的,所以也有人称为黑肥(Black fertilizer)。
腐殖酸在水族缸中的应用,主要是受到大自然热带雨林流域水质的影响。在亚马孙河系的流域中,腐殖酸含量约在0.9 ~ 15 ppm之间,主要来自沈积物中腐殖酸的释放,以及土壤腐殖酸的淋溶。由于亚马逊流域盛产各种热带鱼,在水族缸饲养这些来自远方的「娇客」,如果也能加一些 腐殖酸在水中,将会更令牠们「有家」的感觉。对来自其他地区鱼类的饲育多少也有一些帮助。
腐殖酸对水草栽培的影响所知不多,有关这方面的文献仍嫌欠缺,惟可从腐殖酸在水中的物理及化学性质,以及它在农业上的功能,推测腐殖酸对促进水草的生长可 能与陆生植物类似。本文除了针对腐殖酸的本质作介绍之外,也将进一步探讨它的功能,以及在水族缸(主要是水草缸)的应用。
二、腐殖酸简介
英文「Humic acid」一词,有人翻译为「腐'植'酸」,也有人翻译为「腐'殖'酸」。它是由动植物遗骸,主要是植物遗骸,受到微生物和介质作用,经过分解和合成的变 化形成的一种有机物质,因此从这个意义上讲,宜以翻译为腐殖酸较为适当,除非它的来源物质全部都是植物遗骸。不过,现在这二个名词都可混合使用。
腐殖酸系腐殖物质 (Humic substances)因产生腐殖化作用(Humification)所形成的一类复杂高分子有机酸。腐殖物质广泛存在于地球表面,是自然界最常见的有机 碳。大部分腐殖物质与粘土,氧化物等无机物相连,小部分溶于土壤溶液,尤其是碱性土壤,称为腐殖土(Muck)。甚至于有些低级煤矿,也称得上是腐殖物质 的种类。例如,一些低热值煤,如泥煤、褐煤和风化煤中往往含有很丰富的腐殖酸,这些煤有时称为腐殖煤(Humic coal)。
腐殖酸的化学结构十分复杂,主要由许多种分子量较大,而又带有不定数目羧基的芳香族化合物混合而成。其间差别主要决定于其
生成时之地球化学条件,这些条件 首先是环境、水、热,其次是腐殖酸酸化过程完成的程度,最后则决定于腐殖酸形成时的介质含水层、沈积物或土壤中各种化学元素的种类含量及存在状态。
由于腐殖酸结构的复杂性和形成条件以及提取方法的差别,造成了腐殖酸的化学实体、生成机理、生物活性和空间结构等方面存在着许多难题。不过依其对不同溶剂 的溶解性,可分成三大类:(1)黑腐酸(Humus acid),微溶于水,可溶于碱溶液;(2)棕腐酸(Hy-matomelanic acid),难溶于水,可溶于丙酮、乙醇等溶液;(3)黄腐酸(Fulvic acid),可溶于水。
依成分分析,腐殖酸含有碳、氢、氧、氮等元素,芳香核、羟基、羧基、羰基、醌基、甲氧基等活性官能基(Functional group)。这些活性基团决定了腐殖酸具有弱酸性、亲水性、离子交换性、螯合性、氧化还原性及生理活性等。
三、黑水的成分
存在于天然水体中的腐殖酸主要是黄腐酸成分,因为只有黄腐酸才易溶于水。黑腐酸仅微溶于水,需要转变为钾、钠等一价金属盐或铵盐才能溶于水,这些盐的水溶液都呈碱性,比较不适合用于制造黑水。棕腐酸则难溶于水,其盐类的亲水性也不佳,所以并不适合用于制造黑水。
黄腐酸的分子量较小,它的官能基含量也较少,但比黑腐酸及棕腐酸的生理活性高,因而容易被生物吸收利用。其水溶液呈弱酸性,尤有利于形成一般热带鱼及水草 的弱酸性环境。因此,优良黑水产品所含腐殖酸中,应该都是黄腐酸成分,在水族缸使用,比较不会增加水体的色度。不过,有许多黑水产品,都是使用黑腐酸的钾 或钠盐制造,使用时不仅会使水质pH升高,而且较易导致色度增加,效果也不如预期。
虽然腐殖酸的总量很大,它存在于土壤、煤炭、湖泊、河流及海洋中,总量高达万亿吨,但其中黄腐酸的百分含量却很低。因此,想从土壤或自然水域中,作为资源 开发几乎是不可能的,不过有些褐煤(一种低级煤),燃点低,热稳定性差,燃烧效率很低,但它却是一种制造黄腐酸的必备物质。工业上黄腐酸的主要来源,大多 来自这类低热值的煤为原料制造而得。
四、黄腐酸的功能
由于腐殖酸类肥料在农业上广泛被应用,而且历史相当悠久,因此有关黄腐酸对对陆生植物生理机能的影响,已经有许多的研究报告公布。其中包括:黄腐酸被植物 直接吸收后,可以成为调节生物化学反应的活性物质;另外,它对植物细胞新陈代谢之促进、酶的激活、自由基的抑制及消除,以及抗氧化性之增加等,均被证实具 有若干成效。虽然这些研究并非针对水草栽培而来,但将它应用于水草栽培之中,理论上,对促进水草生长应该也有相似的作用。
天然水体中的黄腐酸是微量元素之重要载体,它可以利用螯合作用,来延长或维持其有效性,使水生植物能获得较为稳定的微量元素来源。黄腐酸也能螯合其他营养 元素(如钾、钙、镁),使它们以较为平缓的速率释放给植物吸收利用,从而可提高养分的缓效性及持久性,使水生植物对养分的均衡吸收有良好作用。另外,在很 广范围的pH值(pH4.0-9.0)的水体中,黄腐酸都可以把3价铁还原成2价之亚铁,已知2价亚铁的肥效高于3价铁。这些作用对于水草栽培也特别有 利。
还有,黄腐酸能取代天然水体的KH缓冲系统,增加水体之缓冲力,使水体之酸碱反应缓和,以及使pH较不受CO2浓度变化之影响,而表现得更为稳定。另外, 它也能提供水环境(水层及底床)有益微生物之活性,使水层与底床有益微生物大量增殖,包括好气性细菌、放线菌、纤维分解菌的数量增加较多。对加速有机物的 矿化,促进营养元素的释放有利。
腐殖酸甚少使用于水产养殖,因此有关黄腐酸对鱼类的作用与影响,一般所知甚少,亦罕见有专门文献做出研究结论,目前主要信息来源,几乎都是从水族相关信息管道中获得,不过这些信息仍以经验导向居多,少有研究结论,?#092;属美中不足之憾事。
据悉,黄腐酸对于饲养在水族缸中的鱼类,主要具有如下功效:因可与重金属离子螯合,进而降低重金属对鱼类所造成的伤害(关于这一点应该可以确定)。除此之 外,它也具有保护鱼体表面胶质、抵抗病原菌入侵、抑制病原菌大量繁生,以及促进鱼类健康,诱发繁殖活动,并展现自然艳丽的体色等功效。
五、黑水在水族缸中的应用
黄腐酸促进植物生长作用的大小,直接与其来源母物质(如腐殖煤)及分子量有关。一般而言,泥煤腐殖酸优于风化煤腐殖酸,分子量较小的黄腐酸优于分子量较大 的黄腐酸,其中以黄酸(fulvic acid)的促进效果最好,这可能与它的分子量最小有关。因此,黑水的成分似乎以黄酸的组成越多越佳。不过,基本上在使用之前,若能先了解黄腐酸本身的特 性,将更能掌握其有效性。
黑水产品,过去它的原料原来都使用腐殖酸钾(即黑腐酸钾)先配制成水溶液后,再适度酸化而成,不仅色泽很深,使用后水质的色度难免会增加,可能因而影响水草的光合作用。目前这种产品已经不再生产,预计未来新一代的产品,将完全以黄腐酸为原料来制造。
只要是以黄腐酸为原料来制造的黑水产品,无论是那一厂牌,应该都比使用黑腐酸的盐类制造者为佳。黄腐酸作为一种天然活性物质,长久以来即存在于天然水体 中,如果能使用于水草缸中把自来水还原为「自然水」,可以让水草及鱼虾皆有「回家」的感觉。同时,此种活性物质在水草的生长过程中,可能起了为人所不知的 奇特作用,或至少黄腐酸对施肥应该有增效作用,藉以提高肥料的利用率。

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