亚硝酸盐和礁岩水族(转帖)

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大多数水族爱好者都一定程度熟悉亚硝酸盐。它是水族箱中发生的“氮循环”中的一个部分，同时也是大多数爱好者在水族化学领域碰到的第一个东西。海洋水族爱好领域充满了关于亚硝酸盐的评论。而其中的一部分，很不幸是错误的或者误导性的。它在海水系统里的毒性远低于它在淡水系统里的毒性。然而，很多爱好者错误地把它在淡水中的毒性引申到了海水领域，认为任何可以测量到的亚硝酸盐都是个问题。

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实际上，在大多数海水系统里，亚硝酸盐的毒性小得都不值得去测试。本文通过说明亚硝酸盐是什么，它从何而来，它去向何处，它的毒性机理，在礁岩系统里毒性的证据（或者无毒的证据）为这个观点提供支持。

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目录



海洋中的亚硝酸盐

亚硝酸盐来自何处

亚硝酸盐去向何处

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一氧化氮的影响

亚硝酸盐为什么有毒

亚硝酸盐对鱼类的毒性

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亚硝酸盐对无脊椎动物的毒性

总结

参考资料

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海洋中的亚硝酸盐


亚硝酸根 (NO2-) 是一个比较小的离子, 由中心一个氮原子和一定角度附和在上面的两个氧原子构成（图1）。其中的一个氧原子带有负电荷。更准确地说，亚硝酸离子有两个可带负电荷的氧原子，实际上，溶液里的亚硝酸盐离子有两个相同的氧原子，每个带有一部分负电荷。亚硝酸根是一个相当强的酸根，只有当PH值降到4(pHa-3.35)以下时，才会复合成亚硝酸。

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在海洋里，亚硝酸盐浓度一般从很低到0.2ppm之间。上限的浓度一般只出现在水面以下很深处的微氧层中。大西洋和加勒比海表面海水的亚硝酸盐浓度据记录在0.000005到0.00002ppm之间。南中国海和菲律宾海的连续测量平均值是0.00002ppm。

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在沉积物下的水中的亚硝酸盐由于有机物分解的原因，有时会高一些，而这些水常常是缺氧的。在自然界珊瑚礁的沉积物中，亚硝酸盐仍然是非常低的（远低于氨(NH3)和硝酸盐（NO3-),它们的浓度可以达到0.7 ppm)。

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图 1. 亚硝酸离子(左)由中心的氮原子(蓝色)和两个氧原子(红色)组成, 其中一个氧原子带负电荷。 作为比较的水分子在右边。

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亚硝酸盐来自何处？


大多数爱好者因为传统的“氮循环”而接触到亚硝酸盐。在这个过程中，细菌把氨转化成亚硝酸盐，然后再通过氧化转化成硝酸盐。细菌通过这种方式获得能量，就像其他生物（从细菌到人类）通过把碳化合物（比如乙醇, CH3CH2OH)氧化为更加充分氧化的形式比如二氧化碳 (CO2)来获取能量一样。

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这个过程从动物，细菌或其它生物消耗含氮有机物，比如蛋白质，释放出氨开始。然后水体中的氨被细菌获取并且逐步氧化。首先转化成亚硝酸盐:

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NH3 + 3/2 O2 =  NO2-  +  H+   +  H2O


然后转化成硝酸盐(这一步的细菌可能不同于第一步的):


NO2-   +  1/2 O2 =  NO3-

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在建缸初期，这些氨和氧化亚硝酸盐的细菌很少。随着氨的累积，消耗它的细菌增长了起来。随之，它们会消耗掉初期产生的大量的氨。然后，获益于大量产生的亚硝酸盐，氧化它的细菌增长起来，然后生产出硝酸盐。

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一段时间之后（通常是几周）, 细菌的活动达到平衡，氨和亚硝酸盐的浓度都不会很高了。这不代表它们不再被大量生产出来，而是它们被消耗的速度等同于被生产的速度，结果达到了一个稳定的浓度。在多数礁岩缸内，这个稳定态下氨和亚硝酸盐的浓度是很低的（低于0.1ppm），常常低于许多测试剂能够检测的范围。

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然而新缸建立初期发生的情况不一定同样地在之后继续。礁岩缸内许多生物直接消耗氨和亚硝酸盐，并且通过代谢转化成有机物。比如巨藻可以直接吸收氨，而且很多种类相较于硝酸盐更倾向于吸收氨。结果，在类似我的使用巨藻输出氮的缸内，很少会生产出亚硝酸盐。我不知道我的缸里加入的食物中的氮元素被巨藻吸收的有多少是通过氨的形式，又有多少是通过其他各种形式（比如亚硝酸盐和硝酸盐）。但是很可能的是，不是所有的氮元素在被巨藻吸收利用前都经过亚硝酸盐这个阶段。

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除了标准的氮循环，还有其他途径会产生亚硝酸盐。其中之一就是“光解”硝酸盐。即，在紫外光下，硝酸根可以分解成亚硝酸盐和自由羟基(OH)。6,7


NO3-   +  H2O +  UV = NO2-   +  2 OH

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另一种亚硝酸盐产生方式发生在生物体内，虽然这些亚硝酸盐可能不会被释放到水体中。比如，珊瑚(如, Pocillopora damicornis) 和巨藻 (例如, Ulva lactuca)体内可以转化硝酸盐为亚硝酸盐。8

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亚硝酸盐去向何方?


亚硝酸盐在海洋里有很多去向。很多生物可以直接吸收亚硝酸盐。其中包括海葵(Condylactis sp., 可能是为了共生藻),9 硅藻 (Eucampia zodiacus)10 和很多生物 (Zoanthus spp., Tridacna crocea, Seriatopora hystrix, Montastrea annularis, Porites furcata 和 Stylophora pistillata)体内分离出的虫黄藻。11

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亚硝酸盐也会在紫外光下分解，生成一氧化氮 (NO),自由羟基(OH) 和氢氧根(OH-).6,7,12


NO2- + H2O + UV = NO + OH + OH-

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在一个没有硝酸盐和生物的海水实验条件下，环境光可以使亚硝酸盐的浓度每天减少2-15% 。12,13 这个反应的主要产物是一氧化氮 (NO)和自由羟基(OH)。它们都充满了化学和生物活性，因此这个反应对于海洋和生物体内的生化过程可能是非常重要的。本文稍后会讨论一氧化氮的作用。

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在厌氧氨化反应中，细菌使用亚硝酸盐来氧化氨，生成氮气N2:


NH3  +  NO2-  +  H+  = N2  + 2H2O