硝化バクテリアについて

成長力のある水草を大量に茂らせている高回転型の水槽では、そうでない水槽と比べて、水槽内に発生する毒性のある窒素化合物(アンモニア・亜硝酸・硝酸)の処理についてあまり神経質になる必要はありません。

窒素液肥をわざわざ添加しちゃったりするくらいですからね。

 

とは言っても、あくまでも「比べれば」ということであって、無視して良いわけではありません。

また水草水槽ならでは注意点もあります。

 

まずは硝化の基本について簡単に。

魚がエサを体に取り込んで使うと、余分な窒素分をアンモニア(NH3)としてエラから水中に排出します。また残餌や糞、水草が枯れたもの、ソイルに含まれる有機物なども有機栄養バクテリアが分解することで、アンモニアが発生します。アンモニアは猛毒ですね。

アンモニアは亜硝酸菌が酸化させてエネルギーを取り出し、亜硝酸イオン(NO2)に変えられます。これもけっこう毒性が強いですね。

亜硝酸は、硝酸菌が酸化させて硝酸イオン(NO3)に変えます。これはアンモニアからすると数百分の一の毒性になっています。

つまり、アンモニア→亜硝酸→硝酸 です。

アンモニアが発生しても速やかに硝酸になるような環境をつくっておくこと。これが魚やエビが健康に暮らせる環境づくりの基本中の基本になるわけです。毒物処理ですね。

これ以外にも窒素の流れはありますが...まー無視して大丈夫です。

 

では、そういう硝化が良く進むような環境とはどういうものかというと、アンモニアの発生源があって

  • 硝化バクテリアが効率よく定着・活動できる場所が充分にある
    フィルターの生物濾材、ソイル ... ...
  • 酸素が充分にある。
  • エサとなるアンモニアと酸素を運んでくる水流がある。
    ...さらには体を構成する炭素源なども必要。エサから自然に供給されるから意識する必要はないけど。
  • pHが低すぎない。
    硝化菌の種類によってはpH6で活動が極端に鈍る。
  • 温度が適切である。
    これは通常の水草水槽の設定温度 25~27度程度なら問題ありません。むしろ硝化バクテリアの活動だけを考えたら、もうちょっと高いくらいがベストだけど。...それは他のところで問題が出ますけど。

これら条件が揃っていれば、徐々に硝化バクテリアは増えていき、いずれは充分な(発生するアンモニアを全て処理できる)量になって環境が整っていくわけです。

 

最終的には、濾材にバイオフィルム(バクテリアのコロニー)を形成して、ここに至って最も効率的に硝化が進められるようになります。また物理濾過もバイオフィルムが出来るまでは実は十分であるとは言えません。

 

バクテリアは、アンモニアの処理ということだけでなく、実は物理濾過という点でも重要です。ピカピカ キラキラの水はバクテリアがつくるんです。

もちろん物理濾過とか言っても、バクテリアが枯葉や糞のような大きなゴミを捉えるということではないですよ。それはスポンジなどの物理濾過濾材の役割です。

どういうことかと言うと、前述のバイオフィルムが汚れの微粒子を捕まえてくれるんですね。

所謂物理濾過材は、微粒子を捕まえる力はありませんから。
...もちろん物理濾過材にもバイオフィルムは付くので、結果的に微粒子を捉えますけど、それはあくまでもバクテリアのお陰だってことです。

 

そのバイオフィルムが捉える微粒子の中には、コケ(藻類)の胞子も含まれています。だから、バイオフィルムが発達してフィルター内の濾材がヌルヌルになってくるくらいの水槽の方がコケが出ないわけです。

 

話を戻して、最初に書いた「高回転型の水草水槽では、他の水槽ほどは神経質にならなくて良い」っていうのはどういうことなのか?

 

それは、

  • 水草がアンモニアや硝酸を養分として吸収してしまう。
    これらは極めて重要な肥料分。
    ... とは言っても、あくまでも水草の活動の総量と水槽内で発生するバクテリアのバランスの問題ですよ。「水草が入っていれば問題ない」ということではありませんから。
  • 水草水槽に使われるソイルは、アンモニアを吸着する。
    ... もちろん吸着量の限界はあるし、ソイル各々の性質の違いもあるし、古くなって陽イオン交換能が落ちたソイルは別だし...なのですけど。活性炭のように機能していると思っておけばそれほど間違いじゃありません。
  • 水草水槽は弱酸性に維持されることが多いが、この場合はアンモニアは速やかに(あくまでもアンモニアに比べればだけど)比較的毒性が弱いアンモニウムに変わる。
  • 団粒構造が維持できているソイルは水流が当たっていれば優秀な生物濾材として機能する。
  • 水草が大量の酸素を発生するので、硝化バクテリアが活発に活動しやすい。

重要な点は、最初のだけですね。後のは付け足し。

水草が窒素分を処理してくれるわけです。

ネット上や時にはマニュアル本のようなところにも、水草は硝酸は使うけどアンモニアは使わない...みたいなことを書いてあることもありますが、それは畑作や園芸などの知識をもとにした誤解です。

種類によりますがアンモニアを優先的に使う水草は多いです。

 

つまり、水草水槽だと、硝化バクテリアと水草の二段構えで窒素処理できるわけですね。

よくフィルターの適合水槽サイズで、水草水槽だとより小さいフィルターにしておいて大丈夫みたいな説明になっていますよね?
これはそういうことです。

でもって、その水草の活動量がとても大きいと、有茎草とかが密生していてバンバン気泡をあげているような状態で、同時に魚の数が少なかったりすると、エサ由来の窒素分じゃ足りなくて、窒素を含む肥料をわざわざ入れななくちゃならないくらいにまでなるわけですね。

 

ならば、高回転型の水草水槽なら、硝化バクテリアのことは殆ど無視して良いのか?ってことになりますよね。

それは違うんですね。しっかり考えなきゃならないんです。

なぜなら、それだけ水草を高成長させているわけですから、頻繁にトリミングしなきゃならないですよね?

トリミングをすると一気に成長点を失って一時的に栄養吸収力が激減しちゃうんですね。

生物濾過がしっかりしていない状態で、突然大量にトリミングすれば、処理しきれない窒素分が急に増えちゃうわけです。

もちろん硝化バクテリアは発生するアンモニアの量しか増えられないわけですが、もともとの環境がしっかりしてさえいれば、3日もあれば処理しきれなくなった窒素分に対応するだけ速やかに硝化バクテリアが増殖・活動が活発化してくれます。

 

また、いわゆる「水槽の立ち上がり」...充分に硝化バクテリアが増えた状態に至るまでも、水草水槽...特に高回転型の水草水槽の方が立ち上がりが遅れることがあります。

通常の水草が少ない水槽だと、まっさらの立ち上げから1ヶ月半もあれば硝酸菌も充分な量と言えるところまで至りますよね。

大量の成長力のある水草を植えた水草水槽の場合は、そもそもが水草が大きく窒素処理に貢献している分だけ絶対的な硝化バクテリアの増え方自体は緩やかになりがちです。

それと、ソイルのアンモニア吸着力が割と早めに落ち込むタイミングがある...活性炭とかと同じですね...ってのもあるし。

もちろん1ヶ月もしない内にけっこうなトリミングが必要になるというのもあります。

トータルに見れば水草が少ない水槽と比べれば遥かに安全に立ち上げが出来るんですが、このあたりのことは強く意識しておいた方が良いです。

具体的には、例えば、立ち上げの初期に一見何も問題無さそうで上手く行ってそうだからって、あまりに大量のトリミングをしたり、最初のレイアウトが気に入らないからって大胆な植え替えをやったり...なんてことをすると、窒素処理を支えてた水草がいっきに弱って酷いことになったりすることがあるわけです。

要は、水草に依存している部分が大きいのだってことを忘れちゃダメってことですね。

 

立ち上げがどこまで進んでいるかは....硝化バクテリアがある程度ちゃんと増加しているかどうかは、
通常は亜硝酸を定期的に...立ち上げ期間中は少なくとも週に1回とか...できれば数日に1回とか測定することで、把握します。

あまり精密に測定する必要は無くて、試験紙で亜硝酸が出ているか否かを見ておけば大丈夫です。

立ち上げてからしばらくすると亜硝酸が検出されるようになり、増加し続け、ある日を境に突然まったく検出されなくなります。

真っさらからの立ち上げだと、大抵は3-4週間とかのタイミングですね。

これは、亜硝酸菌の方が先に増えて、かなり遅れて硝酸菌が追いつくように増えていく順番があるのでこうなるんですね。

硝酸菌がある程度増えれば、亜硝酸は即座に処理されて、検出されなくなるわけです。こうなれば、山場は超えたということ。

通常はさらに数週間で...トータル1ヶ月半くらいで立ち上げ完了というところでしょう。

 

もっとも、これ、本当にまっさらの立ち上げの時であって、前の水槽の濾材を引き継いでいるとかって時は...ましてや同時に大量の成長力のある水草を植えている時だと、亜硝酸を検出できる機会なんてないですね。2週間もすれば安全圏です。

2週間というのは、植えた水草がある程度根張りもして本調子を出してくれるタイミングでもあります。

もちろん常にこういうのは例外はありますよ。
やたらと魚(エサの投入量)が多いとか、やたらと底床の栄養が多いとか、大量の水草を植えていても上手く成長していないとか...そういうことがあるなら、それだけ立ち上げは遅れますよね。

 

つまり、

  • 通常、一般論として真っさらから立ち上げるなら1ヶ月半くらい。
  • 成長力のある水草をたっぷり植えていると、もっとずっと早く(具体的な時期は水草の活動総量などによる)安全を確保できるけど、それは水草に依存した脆い安全なので、大量トリミングなどを行うのはしばらく要注意。
  • 前の水槽の濾材などを完全に引き継いでいて、成長力のある水草を大量に植えていれば、2週間もあれば余裕で安全圏。
  • 濾材にバイオフィルムの厚みが充分について、非常に安定してとにかくコケが出にくくなるというのは、なんだかんだで半年くらい。

って感じですか。

 

最後に、しつこいですけど、窒素処理という観点で安全に立ち上げるコツを改めて列挙。

  • 有茎草などとにかく成長力ある水草を、最初から可能な限りたくさん植える。
  • 少なくとも水草の根張りが確認できて成長力が一段上がるまでは、エアレーションを行って充分に酸素を供給する。もちろんCO2添加をしているわけなので、夜間だけでも。
  • pHを下げすぎないようにする。少なくとも6以上はキープする。
  • 立ち上げ期のトリミングは、出来るだけこまめに少しずつ行う。いっきに大量に行わない。

追記。

窒素処理してくれるのは、硝化バクテリアと水草だけではありません。

  • 有機栄養バクテリアなど水槽内の多様な生き物が、自身の体を構成するために、まさにエサとして窒素分を含んだもの...糞、残餌、枯葉...などを食べてくれる。→これらはまた魚やエビ、貝などが食べる。...小型カラシンなどは、けっこうデトリタス(に含まれるバクテリア)を食べる。この活動を活性化させて水中に出てくる窒素化合物を積極的に減らすには底床内の炭素量を増やすこと。このページの後半部分(C/N比のところ)などで説明しています。枯葉水槽や砂糖水槽などとして知られる手法です。
    これは過激なやり方をすれば、水槽が白濁します。
    有機栄養バクテリア(実際には酵母菌などの菌類:フンギなども)が爆発的に増えてしまって、それはそれで問題になるわけです。もちろんバランスが悪ければ病原菌だって増えます。
    これは意識しておく価値があること...炭素量を減らし過ぎないこと:枯葉などの掃除をし過ぎたりしないことは大事ですが、この考え方に全面的に頼るのはかなり危険だと思っています。基本はあくまでも硝化バクテリアによる処理です。
  • いわゆる脱窒菌として知られるもの。
    底床内の嫌気域などで、亜硝酸や硝酸を使ったエネルギーの取り出し...硝酸呼吸を行うもの。安定した気体の窒素分子をつくるので、完全に窒素を処理できる。
    実際に脱窒菌を使う水槽のシステムもある。
    水草水槽ではここまで考える必要は全く無いですね。
    ...むしろ水草が使いすぎて窒素不足になったりするんだから。それにだいたい硫黄分を含むソイルをつかう水草水槽では嫌気域をつくっちゃうのは硫化水素の発生などにつながるから危険です。...エサ由来の硫黄分があるから、どんな水槽でも嫌気域をつくれば硫化水素発生の危険性は出てくるんですけどね。
    これに真剣に取り組むのは主に海水水槽とかです。

追記。

これまで見てきた窒素処理のパターンの殆どは最終的には「人の手」で窒素を水槽外に出していきます

  • 硝化バクテリアがつくる硝酸
    →水草が使う
    →水換えで排出
  • 水草がアンモニアや硝酸を取り込む
    →トリミングで排出
  • 有機栄養バクテリアなどが取り込む
    →危険な状態でない形で(バクテリアの体になって...さらにはエビや魚の体になって)水槽内で保持される
    →水換えでバクテリアごと排出
    →長期的にはエサを減らせることで窒素投入量自体を減らせる

 

人の手を介さずに完全に窒素処理できるのは、脱窒菌によるものだけです。これは気体の窒素をつくりますから。

 

追記。

バイオフィルムの重要性について

 

バクテリアの増え方について、1が2になり、2が4になり、8、16、32,64...のような個体数の増え方で説明しているものがあります。間違ってはいませんが、実際はもっと複雑です。

  1. まずは濾材に硝化菌が付いたり剥離したりを繰り返しながら少しずつ増えていきます。
  2. 一定密度に増えると、分泌されたEPS(ネバネバ物質)によって集団が覆われるようになりバイオフィルムを形成します。
  3. EPSに覆われたバクテリアコロニーは、繁殖効率が高くなります。またネバネバによって水槽内に漂う微粒子もよく捉えるようになって水が一段と澄んできます
  4. バイオフィルムが形成されると、水質変化などへの耐性も大きく向上します。水換えによってバクテリアが排出されるだけでなく、実際は水質変化でダメージを受けて減少する方が大きいはずなのですが、一旦バイオフィルムがしっかり形成されているとこれに守られてバクテリアは大きなダメージを受けずにすみます。また、水質の変化は肥料添加などでも起きますがこれらによってバクテリアが影響を受けることも少なくなります。
  5. EPSが一定以上に厚くなると、最下層は嫌気環境になり脱窒菌も活動し始めます。

つまり、バイオフィルムの形成がとても重要なわけです。

硝化の効率という点でも、水槽水の透明感・輝きという点でもですね。

 

これが「濾材を熱心に綺麗にしようとするな」「かるく濯ぐだけで充分」と言われるのの理由ですね。→掃除

バイオフィルムを壊してしまってはダメですから。

外部フィルターの流量がちょっと落ちたってくらいが、いちばん濾過効率が高いとかとも言いますよね。

 

茶色くヌルヌル ネバネバした 森のふかふかの土のような香りがする ドロドロの濾材をサイコーに美しい・良い香りだと思えるようにならないとですね。

 

バクテリアは「社会」を形成しているとも言えるらしいです。
もちろんここで言っている「社会」とは本来の社会の意味とはちょっと違いますが、たんなる群衆ではなく相互コミュニケーションによって集団の振る舞いを変える...そういう意味で社会って言葉を使いたくなってしまうってことです。

相互コミュニケーションは、もちろん互いに声を出してお話するみたいなことではなくて、クオルモンなどの化学物質による情報伝達ですね。

この化学物質の濃度によって集団の密度を把握したりして、それによって振る舞い方を変えるんだそうです。

硝化バクテリアのそれについて詳しく記した資料は見たことがないのですけど、密度によって振る舞い方を変えるというのは幅広くバクテリアに見られることらしいので、きっと硝化バクテリアにもそういうことがあるのでしょう。

このあたりも詳しく知りたいものです。

 

それから、このあたりのことは魚・水草などの病気について考える上でも重要な観点かもしれませんね。

 

ほとんどの水槽内で起きる病気は、常在菌が引き起こすわけですが、なぜ通常は病原性を持たないものが、時に病原性を持つのかということについてですね。

 

これにはクオルモンやその他化学物質による環境情報把握が関係しているらしいです。

病原菌が一定以上の密度になるまで、あるいは攻撃対象の生体がストレスホルモンを出したりするのを検知するまで、毒を積極的に生産しないって振る舞いをするらしいんですよ。

 

相手が弱っていて、自分たちが増えていると感知された時に、今が攻略のチャンスだとばかりに示し合わせて一斉に攻撃を始めるって感じですか。

 

つまりは、病原菌が居るから病気になるというよりも(病原菌はまともな環境なら...だからこそ居て当然なので)、魚などにとって環境が悪くなるから病気になるわけですね。

このことを考えれば、さらに環境を悪化させるような「徹底消毒」なんてナンセンスだって分かりますよね。

病原菌だけを排除できるなら別ですけど、そんなことは出来ませんから。

 

市販のバクテリア剤について

市販のバクテリア剤ですけど、これについて使用経験豊富というわけではないのですけど、フツーに考えて言えることだけ、ちょっとメモっておきます。


要点

  • バクテリア剤は効くか効かないかと言えば効く。
  • バクテリア剤のバクテリアは定着しない可能性が高い。
  • バクテリア剤で事故る可能性があるとすれば、水質不適応で死滅・富栄養化。
  • 基本的には特殊なケース・非常時対応を除けば、使わずに済ませたほうが良いと思う。


まず、バクテリア剤が効くか効かないかと言えば経験的にも明らかに効きますね。いろいろな種類を試してみたわけではないので常に効くと断言できるわけではないけど、硝化バクテリアなり、それ以外のものでも窒素処理に使えると思います。


次に、バクテリア剤のバクテリアが定着増殖するのか?否かと言うと、幾つかのメーカーのパッケージに「定期的に入れろ」って書いてある通りに定着しない可能性が高いですね。PSBとかは当然ですけど、硝化バクテリアタイプもそうだと思いますよ。


硝化バクテリアって、硝化バクテリアという種のバクテリアが居るわけじゃなくて、硝化作用を見せるという共通点がある とても広範なバクテリアをまとめて硝化バクテリアと呼んでいるわけで、

例えば、乳酸菌とか言ったって、とんでもなく多くの種類がいるのと同じですね。

でもって、種によって、特性が微妙に違う。バッチリ適合するニッチも微妙に違っている。pH、温度、酸素濃度...


つまりは、自分のところの水槽で自然に増殖してくるものと比べれば、その水槽環境に微妙に適合していない可能性がある...の方が高いわけですね。


次に、だからこそ、まったく適合しない場合にはいっきに死滅することもあり得るわけです。

もちろんメーカーは一般的な水槽環境を意識しているのだろうけどね。


例えば、一般的には硝化バクテリアは低pHにあまり強くはなくて、6を切ると多くの硝化バクテリアが活動を止めてしまうと言われています。

でも、じゃー6を切った環境で活動できる硝化バクテリアは居ないのか言えば、ちゃんと居るわけです。


もしも、買ってきたバクテリアが、あまりに環境に合わなくて死滅すると、バクテリアの死骸は最高の有機栄養バクテリアのエサですよね。コケのエサにもなる。分解にはまた酸素が大量に消費される。

ということで、最悪はバクテリア剤を入れたからこそ環境崩壊ってのもあり得なくはないですよね。


つまりは、当たり前の結論ですが、最初からその水槽環境で自然に増えてくる硝化バクテリアを自然に育むのがイチバンだってことですね。


とは言え、私の個人的な経験では、あきらかに効くとは思うので、豊富な実績があって、ある程度信頼がおけるメーカーのものを、

あまり特殊な水槽環境ではないところに、非常対応として入れる

...例えば、右も左も分からず...硝化サイクルなんて知らずにアクアリウムを始めちゃって、そこそこ魚とかも入れちゃったけど、なんとかしたい!!なんていう時に頼ってみるのもアリだとは思いますよ。

そういう場合は、バクテリア剤なんかの前に毎日少しずつ水換えする方が先だろうけど。

あるいは、どうしても緊急対応で薬剤使って今まで居た硝化バクテリアを死滅させちゃったとか...

とにかく、そういう非常時対応にはありなんじゃないでしょうか。


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