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2007年4月26日

不需測試水質的水草施肥方法~估計指數(1)

估計指數(Estimative Index)是美國 Tom Barr 提出的水草營養學理論,一舉推翻了過去「限制」水草施肥的作法,變成了「充分」的施肥。同時也將從前人人害怕的磷酸(PO4)和硝酸(NO3)大膽的作為水草氮磷的營養來源,到底是怎麼回事?讓我們好好的看一看吧:
  

不需測試水質的水草施肥方法~估計指數

 

估計指數 ── 是什麼?

 

估計指數是一個可以在任何水族缸中添加水草營養的簡單方法,而且不需要水質測試工具。簡單的說,水族愛好者很頻繁地添加肥料以預防任何營養的耗盡(水草缺素),同時每個星期也進行大量換水來防止營養的累積(水草抑制)。用這樣的方法,我們能夠在一個星期內很輕易地將營養濃度維持一個相當接近的大約數值或者稱為「估計指數(Estimative Index)」,既不會太高也不會太低,況且也不需要使用水質測試工具,因為這樣就已經極度精確了,況且在大多數的情況下會比水質測試工具還要精準。每星期換水的運用,這是大多數水族愛好者已經習慣也很熟悉的作法。我做過了很多的實驗,不論是在一個星期或三個星期的期間內,使用了非常強的照明(在燈源下方8公分測得450 mmole/m2sec),而且種植了包括許多成長很快速的有莖水草。由這些實驗我獲得了一個假設性的「最大吸收速率」。這個速率對於設定水草營養所需的上限而言很重要。一旦知道了這個吸收速率,那麼水族愛好者就算在任何不同的照明強度下,也很有信心其水族缸中的營養不會因此而耗盡。這種吸收或施肥的「速率」才是真正重要的,而非去維持一個穩定的「剩餘」濃度。一個穩定的營養濃度範圍才是水草健康的成長所最需要的。這個營養濃度範圍的概念,其實受到來自世界各地使用不同自來水水質的許多朋友們的觀察結果之支持,同樣的,在2005年第78期的Barr Report也回顧了相關的研究。這個水草吸收上限的範圍經過證實其實是相當寬廣的。透過一般的50%換水量,水族缸的營養濃度累積最高將達每週所添加劑量的兩倍濃度。所以如果您想要將硝酸(NO3)維持10-20 ppm的濃度,這個方法很方便而且也不需要使用到水質測試工具(參考下面圖一與例子)。同樣的,濃度範圍也可以套用到以其他的養分上,而較窄小的濃度範圍可藉由將肥料稀釋於水中的方式來達成。

 

營養的最大吸收速率其實也是會變化的,但我所提出的建議只是個原則,不同的水草種類與不同的設缸條件可能會消耗掉更多的營養,而水草在這些速率下並不會出現缺乏的症狀。水族愛好者不需侷限於每週50%的換水量,換水量的比例可以提高,例如75%,如此以75%換水量讓水族缸重新來過的作法,就像是在製作一個標準溶液以提供水質測試工具的測量與校對使用。加強換水頻率也是可行的,對於每週換水50%較沒信心的水族愛好者而言,要達成這樣的目標應該是相當容易的。

 

水草能夠攝取超過成長所需的份量,這稱之為「超量攝取(luxury uptake)」。另一個議題是水草或許亟需要某一種營養,所以吸收速率在前幾週可能會非常的快,之後才會減緩下來,這就稱之為「激增攝取(surge uptake)」。

 

這是在強光與強二氧化碳(CO2)下,每一日(24小時)水草對一些營養的典型吸收速率:

 


 

硝酸(NO31-4 ppm

銨(NH4 0.1-0.6 ppm(不要投與銨!會導致藻類滋生。)

磷酸(PO4 0.2-0.6 ppm

 

這些吸收速率並不是假設如果我們投與較少劑量的話就會出現水草的缺肥症狀,但是添加更多的量也不會對水草的成長有進一步的幫助。這一點是水族愛好者要有所瞭解的。基本上,我們的水草就算在很強的照明下,也極不可能需要更多的量。添加足夠的營養以防止任何元素的缺乏才是我們的目標,而不是去瞭解水草精確的吸收以及成長的需求。

 

附註:本文中所提的這些濃度範圍與測試是使用HachLamotte水質測試工具,而且事先經過標準溶液的檢驗。大多數愛好者等級的便宜水質測試工具通常並不準確,況且反而會為水族愛好者帶來許多困擾。有些水質測試工具還是可以用的,但最好能利用已知的標準溶液來做檢驗,如此一來我們就知道準確度了,而這也是在做研究科學時會做的事。不要假設水質測試工具是準確的,這會造成很多的挫折、困惑以及粗劣的園藝栽培,這也是我會建議這種施肥觀念的主要原因之一。

 

追求精確其實是不需要的,因為水草處於不出現缺乏症狀的標準營養濃度以上,直到因為營養濃度過高而產生問題之前,這個營養濃度的範圍是非常寬廣的(Barr Report 578期)(請參考圖二)。現今我使用了比lamotteHach等水質測試工具更精準的測試方式,我用的是一種多參數比色分析的分光光度計,其精確度更勝過之前100倍,準確的範圍很大,也可自行測試,而且使用了空白與自動的校正方式。這是個對使用者非常友善的儀器,而且是專門用來解答特殊問題時使用的,並不是拿來監控一般水族愛好者平時的「日常管理」用的,不過就算水族愛好者要這麼做也無妨。

 




 

 

我真的不知道在一個種滿水草的水族缸中,硝酸(NO3)和磷酸(PO4)要高到什麼程度才會造成水草的問題或者引發藻類。硝酸(NO3)濃度超過40 ppm會造成魚類健康的問題。磷酸(PO4)在5-10 ppm的非常高濃度下會影響到鹼性(KH)。

 

很顯然的,這些濃度都已經遠遠超過了水草的需求,這個訊息提供水族愛好者一個非常寬廣的施肥目標範圍,範圍大到甚至得以偏離原訂目標的兩倍劑量。

 

在想要水族缸中正確的測量照明強度是非常昂貴的,我自己使用的光合作用有效能量(PAR, Photosynthetically Active Radiation)儀表,所測量到的單位是mmole/m2sec。照明強度水草缸中最大的未知變數之一,瓦特/加侖(w/gal)或瓦特/公升(w/L)的算法無法告訴我們太多的訊息,但如果水族愛好者能維持良好的二氧化碳(CO2)與營養濃度,要套用這類粗略的指引也是可以的。如果水族愛好者有意願,施肥的方式也可以利用自動給肥機。不過一個良好的日常管理其實是相當容易的,水族愛好者可以日後再加以修改其日常管理模式,變成了添加「夠用就好」的劑量,然後進一步根據個別水族缸的需求把肥料增加到最大劑量。本方法有個很重要的觀點,那就是要了解過量的營養並不會導致藻類滋生;從過去到現在的許多水族作者仍舊有過量的營養會滋生藻類的看法,可是他們其實並不曾在一個水草成長健康的水族缸中進行過嚴苛的測試來求證。瞭解到「過量」的磷酸(PO4)、硝酸(NO3)和鐵肥(Fe)並不會造成藻類滋生以後,讓我們大大地鬆了一口氣。

 

過量的營養會滋生藻類多年以來都只是個假設,不過並不是正確的。低濃度的銨(NH4+)才是引起藻類滋生的主要成因,而非「過量」的營養。這就是為什麼在一個使用二氧化碳(CO2)且中至強光照的水族缸中,就算加入了越來越多的魚也無法提供水草足夠的氮元素,況且還是無法避免藻類滋生的發生。其實不需要太多的銨(NH4)就能造成滋生藻類了。如果我們是利用硝酸鉀(KNO3)來添加硝酸(NO3)就不會出現任何的藻類滋生;但是如果我們添加了甚至只是二十分之一劑量的銨(NH4),就會導致大量藻類滋生。這個實驗可以一再的被人反覆進行,並且都會得到相同的結果。添加硝酸(NO3)並不會滋生藻類,我們可以自己來求證看看。

 

除了銨(NH4)與尿素是例外,高濃度的磷酸(PO4)、鉀(K)、以及相當大範圍的硝酸(NO3)(大約20-30 ppm)和鐵質(Fe)能夠在水族缸中維持不出現任何負面的影響,甚至在非常強的光照下也是如此(例如 5.5 瓦特/加侖,水深30公分,使用鏡面反射罩,U型燈管,距燈源8公分處為450 mmole,大部份的水草之光飽和點大約在600 mmole/m2sec,這個數據至少是一些於二氧化碳(CO2)不受限的條件下測得的,其他的水草品種之範圍可能不同)。

 

我之所以會選擇強光照射的原因,就是想縮短產生藻類滋生的時間,也藉此避免水草與藻類彼此間對光線的競爭。這就好像以高速來「試駕」一部新車一樣。如果藻類的發生是因為較高的營養濃度所致,那麼在光照、二氧化碳(CO2)與營養都不受限制的情況下,應該就會滋生藻類才對。當光照強度減弱至光補償點(light compensation point)時,我們就可以假設水草對於營養的吸收會變少,所以要維持「穩定範圍」的營養濃度之問題就較少。這層關係想要加以切割是很不容易的,當水草成長速率減慢(例如在弱光下)的時候,我們需要花更多的時間才能注意到水草在成長上的差異,以及降低一個系統內緊迫對於成長比值。同樣的,水草在強光下的吸收速率相當的高,這降低了水質測試工具在分析時的可能錯誤;在一個使用普通螢光燈管 1.5-2 瓦特/加侖(w/gal)的水草缸中,水草需要花更多的時間才能將 5 ppm 的硝酸(NO3)清除。高品質的水質測試工具,例如 Lamotte,也可以用來增加實驗結果的精確度。這些水質測試工具事先都要經過一系列的標準溶液來確認其精確度。藉著這樣的方法,我便可以在測試我的構想更具信心。如果要測試的是無二氧化碳(CO2)的水草缸,這可能就要會花更多的時間、更昂貴的水質測試工具以及方法。除此以外,許多營養在我還沒來得及加以測量以前就已經消耗殆盡了。

 

把從強光與高濃度二氧化碳(CO2)的環境中所獲取的知識運用到無二氧化碳(CO2)的水草缸上,同樣的也可以讓我們在一個無二氧化碳(CO2)水草缸中對於水草的營養吸收速率的關係做出相當好的預測。吸收速率會因為較弱的光照與較低的二氧化碳(CO2)濃度而降低。在一個無二氧化碳(CO2)的水草缸中,我大致上認為水草對於營養的吸收速率約只有1/6,但魚隻的飼養量會影響到這個速率。基本上,在無二氧化碳(CO2)環境下的水草成長速率,會比在二氧化碳(CO2)豐富環境下的水草之成長速率降低6-10倍。

 

這個施肥方法特別是為了二氧化碳(CO2)豐富且強光的系統所設計的,但是對於低光照與低二氧化碳(CO2),或者使用 SeaChem Flourish Excel 來提供豐富碳元素,或是海水與其他需要相當份量營養的水族缸而言,這個方法其實更好用。我建議使用30 ppm的二氧化碳(CO2)濃度,但對於一個2瓦特/加侖(w/gal)的水族缸而言,15-20 ppm的二氧化碳(CO2)濃度也是足夠的;不過對於許多使用U型燈管且有反射罩的水族缸而言,二氧化碳(CO2)的濃度就必須提高一點,最理想是在光合作用期間將二氧化碳(CO2)維持在20-30 ppm的範圍。這個數值的發現是利用在測試期間保持固定的營養濃度與光照強度,然後持續增加二氧化碳(CO2)濃度直到水草的成長不再受益為止所獲得的。根據針對三種水生雜草的研究發現,水草不論在何種光照強度下,碳固定能力在二氧化碳(CO2)濃度高至約為30 ppm時達到最高點。不論光照的強度是如何設置的,這三種成長非常快速的水生野草之最高二氧化碳(CO2)濃度均約為30 ppm,我們可以假設這是更高的二氧化碳(CO2)需求,因為生長在水族缸中的水草所獲得的光照強度比起在太陽光下實在減弱很多,成長也較緩慢。或許有一些水草的需求可能會超出某一些變數,但這發生的機會非常的小,在我所栽培過將近300種的沈水淡水水生植物當中,至今為止尚未發現任何可以支持的證據。二氧化碳(CO2)的濃度足夠供給水草不受限的成長,就如同磷酸(PO4)、硝酸(NO3)與微量元素。所以就某種意義來說,我們對二氧化碳(CO2)的添加是過量的,因為二氧化碳(CO2)的濃度是比較容易達成的目標,也容易測量。添加更多的二氧化碳(CO2)並不會傷害到水草,但二氧化碳(CO2)的添加量會因魚類的健康與溶氧量的問題而受到限制。

 

雖然很多人已經討論過了水草營養的重要性,其實有更多的水草新手卻是二氧化碳(CO2)濃度過低的受害者,就連水草專家們也常被逮到不時的試著要去維持一個良好的二氧化碳(CO2)濃度。如果沒有穩定的二氧化碳(CO2)濃度或Seachem Flourish Excel,任何營養的日常添加也是無法有出色表現的。


本文同時刊載於台灣「Aquazoo News」月刊 2006 年八月號。



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