本帖最后由 宁波双喜 于 2021-6-22 11:09 编辑
生物豆对于营养盐控制 原作：Murray W. Camp 选自：美国CORAL杂志
《Coral》摘选：生物豆在全球各地呈两极分化！有些人挚爱无比，有些人咒骂不已，究竟什么是生物豆?如何正确使用？仅仅在美国就有17种生物豆！
生物豆是什么？
生物豆源自“bioplastics”，有很多人称之为NP豆是因为两只小鱼产品叫做“NPX Bioplastics”。生物豆的出现是取代各种自制碳源（比如伏特加），所以也叫“solid vodka”（固体伏特加），无论固体液体，究其本质就是“碳源”！我们知道添加碳源可以产生细菌来消耗硝酸盐和磷酸盐。
生物豆作为碳源进入系统中，异养细菌从有机化合物中获得有机碳，而自养细菌则在生物豆上通过吸收二氧化碳进行形成代谢，这个过程中它们吸收硝酸盐和磷酸盐。由于生物豆不断翻滚，上面的自养细菌不断脱落下来进入到鱼缸中。很多人以为，那是包裹硝酸盐和磷酸盐的螯合物，其实不然！其实真正让硝酸盐降低的方式主要还是反硝化为氮气，那生物豆到底起什么作用呢？
在鱼缸系统中，菌落密度受到了“碳”的限制，至少异养细菌就需要有机碳，所以添加碳源就意味着异养细菌的增多。异养细菌通过消耗这些生物豆为生，不断生长繁殖并在表面形成生物膜（即菌膜）。这些生物膜开始“吸收”营养盐，比如硝酸盐，磷酸盐等其它物质，为后面的生化活动做准备。任何一种碳源法引起的微生物生物增量也会加速细菌菌落新陈代谢，促进了营养盐的最终的无害矿化作用，比如硝酸盐和亚硝酸盐最后转化为氮气。
▲波兰华沙Krzyztof Tryc用生物豆养的750L礁岩缸
生物豆主要是由两种有机聚合物组成的，分别是多聚3-羟基丁酸酯（P3HB）和 聚3-羟基丁酸-3-羟基戊酸酯（P3HBV）。这些聚合物都属于多酯。生物豆的组成成分看起来像是从石油里提取的一样，事实上不是这样的。其主要成分——多聚3-羟基丁酸酯（P3HB）的发明起先是作为可降解生物塑料来取代常见的聚丙烯塑料（普通塑料袋就是这种材料）。
用于制作生物豆的多酯主要是由在糖类和酒精培养基中的细菌通过其新陈代谢产生。很多不同种类的细菌都可以参与这一过程，最常见的是富养产碱菌（Alcaligenes eutrophus）。这些产自细菌的多酯事实上细菌在人工营养限制条件下所被迫产生的一种作为食物源的物质。简单来说就是，在某种营养元素被限制时，这些细菌会利用其他元素产生生物多酯，而这种生物多酯的作用就是作为细菌的食物。因此这些生物多酯可以被细菌利用，并完全分解为二氧化碳和水。
目前市面上大部分的生物豆都是由P3HB制作的，少部分的主要成分是P3HBV。对于这两种多酯在降低营养盐的效率上谁优谁劣还不是很清楚。有一些使用者声称似乎P3HBV在处理磷酸盐的时候表现更加稳定一些，但这只属于观察结果并无数据支持。另外，不同的生物豆配方也不同，除了上述的多聚物，还有其他材料，比如用于填充的陶瓷核（在制作生物豆的时候把粉状陶瓷颗粒和多聚物混合，据说能够增加生物豆的孔洞，利于细菌生长）。
生物豆的优点
大家普遍认为生物豆的优点之一便是可以在“煮豆机”中进行反应，从而不必向鱼缸中添加液体碳源（比如酒精，醋，糖）。理论上，这种便于计算的液体添加方式有利于于人们更好控制碳源。
恰恰相反，研究证明使用生物豆可以防止过度添加碳源所带来的副作用。因为生物给细菌提供的是固体的碳源（不像液体碳源一样一下子全部暴露在细菌面前，而是由外而内一点点被消耗），细菌的数量会保持在一个合适规模，如果过度繁殖反而会因可利用碳源不足而被限制。
另一种可能存在的优点：多聚物会通过菌膜的脱落（煮豆机的不断翻滚就是在帮助菌膜脱落）来产生浮游细菌，进入鱼缸成为shanhu的食物。很多A属（Acroporid）P属（Pocilloporid）shanhu都以此为食。
现在，越来越多玩家在尝试生物豆，或通过滴定或手工添加液体碳源，到底哪种效率更高尚未定论。接下来，我们将着眼于这类产品在硝酸盐和磷酸盐处理上的特性。
▲波兰华沙Krzyztof Tryc用生物豆养的750L礁岩缸
生物豆的特点
本文作者调查5种美国市面上常见的生物豆,发现生物豆在降低营养盐方面并不总是强于一些液体碳源。对于有些鱼缸，生物豆貌似很管用，但对于另外一些，则效果一般，这可能就是所谓的拼人品了。
l 对于人品好的玩家来说是这个效果“在使用生物豆几周后，我的110L鱼缸中的硝酸盐和磷酸盐都已经低到测不出了。”
l 对于那些人品差的人来说“一个鱼缸添不添加生物豆似乎都没有什么大的区别。一点用都没有！”
生物豆为什么在不同鱼缸的表现差距如此之大？
我们推测并非所有鱼缸的各种异样细菌都有能力产生一种能有效利用生物多聚物（生物豆的主要成分）的活性酶。或许通过细菌接种方式来获得这一能力会使生物豆更加有效果。
▲波兰华沙Krzyztof Tryc用生物豆养的750L礁岩缸
作者发现使用主要成分为P3HBV的生物豆对于降低磷酸盐有更好的效果。但对于作者来说，通过滴定一些商业碳源添加剂或自制的混合液体碳源似乎比单独使用生物豆更加有效。作者制作的液体碳源（伏特加+醋+VC）配合生物豆更是效果一流。通过和其他一些人的交流，作者发现在美国海水圈，对于生物豆的评价趋于两极。有的人非常推崇，而有的人认为生物豆毫无用处。对于生物豆和其他液体碳源添加方式效果差距较大的原因有以下5点：
一、“精度”，相较于滴定液体碳源，生物豆不如滴定的精度那么高，但更安全！毕竟玩家只要在鱼缸里安装一个煮豆机就万事大吉。这种精度上的差距也许会导致以生物多酯（即碳源）为食的细菌菌落生长被其他的非碳源喂食的微生物所限制。但是生物豆过量并不会造成太大波动，因为它是向内逐层消耗，而液体是直接暴露马上“反应”！
二、“流速”通过生物豆的方式来进行营养盐控制，很大程度上都于流体动力学有关（也就是缸里的水流或煮豆机的水流）。除了增大或者减小水流，普通的玩家对缸里或者煮豆机里的水流调整并没有太多的办法，也并不是那么有效。而水流很大程度上决定着生物豆或者滴定碳源所产生的生物膜的脱落程度。生物膜的脱落影响着细菌的生长，新陈代谢速率。当外力对生物膜的影响超过其承受范围时，生物膜就会脱落，例如磨损，侵蚀和脱落。磨损是生物豆互相碰撞引起的，而侵蚀则是小块的生物膜继续破碎的过程，由水流强度决定。脱落则是指生物膜与生物豆的自行分离。
三、生物豆所产生的细菌会通过蛋分，被捕食或者其他的方式从水体里被排出，然而这只是降低营养盐的一部分方法。通过蛋分将细菌聚合物排出鱼缸是最主要的方式。而通过滴定方式，营养盐是被细菌新陈代谢所消耗或者重新矿化溶解于水体。生物豆在水体的一部分区域集中产生生物膜，会导致其他区域出现碳元素的限制。也就是说使用生物豆也许会影响底沙，活石或者shanhu表面生物膜的形成，这是类似于竞争的关系。
四、生物膜是有许多不同微生物共同努力的结果，而不同的微生物则会产生不同的酶来消耗不同种类的碳源。向鱼缸里滴加混合碳源的方式正好满足了这一点。单独使用单一有机碳源（生物豆）会抑制细菌的生物多样性。
五、对于碳源法产生的细菌作为某些shanhu食物尚未定论，同时生物豆产生的细菌速率和总量会受到生物豆数量和水流速度的剪力影响！
生物豆的未来发展
也许我们可以尝试使用带编程DC泵来控制煮豆机的水流，这将周期性地刺激和剥离生物膜。通过这种方式理论上会增加细菌输出总量，从而起到喂养shanhu的作用。同时也会增加生物膜上细菌的多样性，并加快各种细菌的新陈代谢速率。但是这种方向和投入对于鱼友来说并没有太大性价比，因为控制水流的方式有很多比如用球阀控制即可！最经济实惠的就是类似与TLF这种带调节阀的过滤器。只需一个小泵，软管连接即可，大缸小缸，无论是生物豆还是吸磷珠，即装即用。
现在越来越多的煮豆器或者是多功能过滤器具有调节水流大小的功能，除了经典的外置阀门，有些过滤器比如德国aquamedic采用旋转桶身的方式来调节底部出水口大小来调节水流。
另外一种就是以RoyalExlusiv和VERTEX设计的过滤器，往往需要接硬管，所以这种往往需要在建缸前期就设计好管件。
另一个方式：改善生物豆材料形状，从而优化生物膜生长的表面积。然而想要获得这方面的数据绝不是一件轻松的事。一些厂家销售的颗粒是球型，另一些则是圆柱形。所有人都知道，生物豆应该是放在“过滤器”（煮豆机）里面收到水流均匀作用才能达到最佳分解效用，所以我们推荐使用圆球形或者圆柱形生物豆。比如下面是ReefApex的1-3代生物豆，很明显第一代非常适合上述理念而且中规中矩。
第二代为迎合市场上大部分不用过滤器的玩家推出的狗骨二代，但是狗骨二代有个不好的地方在其分解后，颗粒间隙就会越来越小最后挡住水流造成中间位置分解困难，而且容易积累脏物。
第三代很快就又回归原设计！颜色的改变是因为里面的有机聚合物配方进行调整，俗称“黑豆”。
最后，使用多种混合碳源效果会更好。然而想将不同的聚合物组合在一起也不是一件容易的事。除了P3HV和P3HBV以外，聚-4-羟基丁酸酯（P4HB），聚羟基己酸酯（PHH），聚羟基辛酸（PHO）都有可能作为生物豆的原料。甚至可以在原料中添加葡萄糖异构体。据我所知美国不止一家水族制造商正在研发这种混合型生物多酯颗粒。混合型的生物豆能否使生物膜的细菌多样性高于单一型的生物豆还需要定夺，因此通过精确滴定混合碳源的方式或许更好。但毫无疑问，在未来，随着生物豆碳源组成更加多元以及反应器内水流效率更精准的研究，这种控制鱼缸营养盐的方式将势在必行！
[fly]如何选择适合自己的煮豆机，以及有更好的使用窍门和国外资料，欢迎鱼友加我进行交流！[/fly]
原作：Murray W. Camp 编辑翻译：宁波双喜 美国CORAL杂志版权控制，译文严禁转载！
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