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水草レイアウターのための水草図鑑を作りました!水景のイメージ、欲しい水草の雰囲気から「直感」で選べるように作りましたので、お気軽にお楽しみくださいませ。

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轟 元気

 

皆さん初めまして。Ordinary-Aquariumの管理人「轟 元気」です。このブログでは実践的な「水草水槽の知識」「レイアウト手法」「アクアリウム雑学」を分かりやすく解説していきます。まずはこちらをお読みください!まだあまり公開されていない「手法」なども私が有効だと考えているものは積極的に公開していきます。記事を読んでみてご質問のある方はお気軽にコメントくださいませ。

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「直感」で選ぶ水草図鑑を作りました!

【水草水槽向け】ろ過バクテリアvol1 ーろ過バクテリアとは何か?ー

今回は「水草水槽のろ過バクテリア」について解説します。

目に見えない小さな生き物達ですが、キレイな水草水槽を作るにはコイツらの力を借りる必要があります。

微生物たちが元気な水槽≒美しい水草水槽
と言っても良いでしょう。

vo1では「ろ過バクテリアとは何か?」について詳しくご説明します。

小難しいお話ですがなるべく初心者の方にも分かりやすいよう、丁寧に解説していきますので、ぜひ読んでみてください。

元気

ピカッとシャキッとしたお水にするにはろ過バクテリアたちの力が必要です!
はじめに
この記事は私がアクアフォレストのブログに書いたものを加筆修正したものです。

「ろ過バクテリア」とは何か?

バクテリアとは「肉眼では見えないとても小さな生き物」のことです。

細菌類をはじめ、菌類、藻類、原生生物ワムシ等の極小の動物も微生物に含まれます。水槽内でもこれらの生き物達が複雑に影響し合いながらコロニーを作って生活しています。

どこにコロニーを作るかと言うと「水が接しているところ」に作ります

ガラス面や石、流木、底床、ホース、ろ材等、水槽内のいたる所に付くヌルヌルは微生物達がつくるコロニーなんです。

「水槽を立ち上げたらしばらく空回ししてから生き物をいれましょう」

この一言、みなさんも一度は耳にしたことがあるとは思います。これは真っ新な水槽環境に微生物達が増え、コロニーが出来るのを待ってから生き物を入れましょう!ということです。

ではなぜ微生物が増えるのを待つのかというと「微生物達が水槽の水を綺麗にしてくれるから」なんですね。

人間が用意するフィルターやろ材だけでは、あのピカッとしたシャキッとした水にならないので、微生物が元気に生活できる環境を用意して、上手に付き合っていく必要があります。

ろ過バクテリアの種類

ろ過バクテリアは、大きく分けると下記の3つに分けることが出来ます。

  1. 硝化菌
  2. 有機物分解菌
  3. 原生動物

こいつらが活動する過程で水槽水が結果として綺麗になります。生き物は生きるために必要な「炭素」や「エネルギー」をどうにかして手にいれなければなりません。人間がご飯を食べて生きているように微生物達も水槽内で「炭素」や「エネルギー」を得て生きています。

いわゆる「汚れ」を食べてくれるのでその結果として水槽水が綺麗になるのです!

・炭素をどこから手に入れるか
・エネルギーを何から合成するか
この2つの点から生き物は大きく分けて4つに分類されます。

独立栄養生物
無機化合物(二酸化炭素、炭酸塩とか)を炭素源にしている生物
従属栄養生物
有機物を炭素源にしている生物
光合成生物
光をエネルギー源にしている生物
化学合成生物
化学エネルギーをエネルギー源にしている生物

こんな感じです。
この組み合わせから下記のように分類されます。

光合成独立栄養生物植物
光合成従属栄養生物寄生植物
化学合成独立栄養生物硝化菌
化学合成従属栄養生物有機物分解菌、原生動物

ちなみに呼吸から硝化菌と有機物分解菌、原生動物(水槽内で活躍するヤツは)は「好気性生物」に分類されます。

好気性生物とは「酸素を利用して代謝を行いエネルギーを得ている生物」のことです。好気性と聞くと「酸素大好き!」みたいに思いますが、生物の体内は基本的に嫌気的です。あくまで代謝の中で酸素を利用できるだけというだけで、酸素は生き物にとって毒です。 

硝化菌

硝化菌とは「硝化作用」を行っている菌類のことです(後ほど詳しく解説します)

アンモニアを分解して亜硝酸にする菌 → アンモニア酸化バクテリア(ニトロソモナス等)

亜硝酸を硝酸に分解する菌 → 亜硝酸酸化バクテリア(ニトロバクター等)

この二つのバクテリア達を「硝化菌」と呼びます。

これらの働きにより「毒性の強いアンモニア」➡「毒性のやや強い亜硝酸」➡「ほぼ毒性の無い硝酸」と分解されていきます。

この毒性の強いアンモニアを毒性の弱い硝酸まで分解することを「硝化作用」と呼びます。

アンモニアは毒性が非常に強いため、分解する作用が無い状態で許容量を超えると生物が死んでしまいます。

そこでろ過バクテリアを繁殖させて「生き物に良い環境をキープしましょう」というのが、フィルター&ろ材のお仕事です。

硝化作用

硝化作用

1
エサ
エサをあげます。
2
食べる
お魚がエサを食べます。
3
排泄
ふん、おしっこをします。
4
アンモニアをバクテリアが分解
アンモニアをアンモニア酸化バクテリアが分解して亜硝酸にします。
5
亜硝酸をバクテリアが分解
亜硝酸を亜硝酸酸化バクテリアが分解して硝酸にします。
6
換水
換水をして硝酸を排出します。

硝化作用をざっと説明するとこんな感じです。

脱窒バクテリアが活躍出来る環境では、さらに「硝酸を窒素まで還元」することが出来るのですが、水槽内ではなかなかその環境を作ることが難しいので換水で硝酸を取り除くのが一般的です。

このエサから換水までの流れが一般的に水槽内で行われている「ろ過のあらまし」です。

MEMO
アンモニア、亜硝酸、硝酸は水草に肥料として吸収されます。水草の調子が良い水槽の「水がキレイ」なのはこのあたりも影響しています。
嫌気条件下(酸素が無い環境)では酸素の代わりに硝酸を使って呼吸します。結果、硝酸は窒素まで還元され、窒素ガスとして水槽外へ放出されます。 これがしっかり機能していれば換水で硝酸を取り除く必要がなくなりますが、水草水槽で嫌気条件作るの大変なので基本的には無いものとして考えています。ただし、水草水槽の場合は硝酸を水草が吸収するので「本当に安定した環境下」ではあまり換水しなくても大丈夫ですよ。
アンモニアはpH、水温によって毒性が変わります アルカリ性、高温では毒性が高いのですが、酸性では毒性の無いアンモニウムイオンの比率が高くになります。 弱酸性にする必要がある水草水草ではアンモニア中毒はあまり発生しませんよ。 なので亜硝酸の中毒に注力した方が良いですよ。

硝化菌の特徴

  • 浮遊性
  • 分裂で殖える
  • 水分が必要
  • 無機の炭素がご飯
  • 水温、pHによって活動が左右される
  • アンモニア酸化用に大量の酸素が必要

浮遊性
漂う様に生活していて基本的にろ材に定着する力を持ちません。ろ材に定着させるにはヌルヌル(バイオフィルム)が必要です。単独では定着出来ません。これが硝化菌最大のポイントと言えるでしょう!

分裂で殖える
バクテリアらしく分裂で殖えます。分裂と聞くと病気の菌みたいに爆発的に殖えそうですが残念なことにこいつらは一日に1回くらいしか分裂しません。あんまり増えないので水槽が立ち上がるまでに時間がかかるのです。
水分が必要
酸素が多くある環境下では死んでしまうので基本的に空気中では生きていけません。
水槽内に持ち込むには
①魚と一緒に来る(エラにちょっといます)
②水草と一緒に来る(根に付いてくることがあります)
③硝化菌剤を使う
このだいたい3通りです。
お魚と水草にくっ付いてくる量は微々たるもので分裂速度も遅いのです。そのため「バクテリア剤を入れましょう」と店員が言うわけなんですよ。

無機の炭素がご飯
二酸化炭素や炭酸塩から炭素を取り入れることが出来ます。二酸化炭素から炭素を吸収できるためか、二酸化炭素を添加している水槽のほうが水がきれいな感じがします。 添加すると水草が元気になって水質浄化能力も高まります。 そのためどちらが作用しているのか微妙なところですが、二酸化炭素が切れると水の透明度が悪くなることを実感している方は多いのでは?因果関係はわかりませんが、実感としてあります。

水温、pHによって活動が左右される
活性や増殖力は温度、pHに左右されます。
水温
30℃くらいで活性が最大になります。
5℃くらい~45℃くらいが活動範囲です。

pH
7.0~9.0くらいが好きな範囲です。
6.5以下になると急激に活性が落ちます。

活性を最大化させるには、高水温、アルカリ性のお水にすればよいわけです。セット初期に一時的に水温を高くする手法がありますが、理にかなっていますね!通常の水温(25℃程度)でもそこまで活性は下がらないのでそれほど気にしなくても良いでしょう。

pHは弱酸性の水質をキープしたい水草水槽は硝化菌にとって過酷ということになります。

pH6.5程度でしたら90%くらいの活性なのでそれほど気にしなくても良いのですが、これが6.0くらいになると30%を切ります。硝化菌の活性が下がる酸性の環境で管理している方は、ろ材量を増やして(硝化菌の住処を増やす)菌自体の絶対量を増やすことで対応しましょう!

アンモニア酸化用に大量の酸素が必要
ややっこしいですがここで硝化作用の化学式を書きます。
①アンモニア→亜硝酸
NH4+ 3/2O2 → NO2 + H2O

②亜硝酸→硝酸
NO2 + 1/2O2 → NO3

①と②をまとめると
NH4 + 2O  → NO3 + 2H + H2O

1モルのアンモニアを硝酸にするためには、酸素が2モル必要です。また水素が発生するためpHが下がります。

水槽水の中に十分に酸素が無いと十分に硝化しないので注意しましょう。最低でも溶存酸素量(DOという単位で表されます)が2mg/lを下回らないようにしましょう。水温25℃の飽和溶存酸素量は大体8mg/lです(1気圧の場合)水草からガンガン気泡が出ている時は、酸素が飽和していると思って大丈夫です。なので水草から気泡がでるような管理を心掛けさえすれば酸素濃度は気にしなくて良いでしょう!

私が生体担当をしていた時はお魚販売水槽のpH5.0~7.5くらいで管理していました(多くの水槽が5.0~6.0)しかし低pHの水槽でも特に問題がでることはありませんでした。 むしろ低pHで管理したほうが調子がよかったりします。 低pHだと悪玉菌(病気の原因菌や白濁を起こす菌等)の活性も下がるからだと考えられますが、詳しいメカニズムはよくわからんです。 硝化菌のことだけ考えていればお魚が飼育できるわけでは無いということでしょうか。 私が生体担当だった際は色々試行錯誤した結果、低pHで管理した方が調子が良かったので理論よりも結果を優先してほとんどの魚種を低pHで管理するようにしていました(グッピーもプラティもモーリーもです)
夜間は光合成が行われず、生体の呼吸と水草の呼吸により一時的にDOが極端に下がり酸欠を起こす場合があります。また、過剰に添加したCO2が蓄積しCO2中毒を起こすことがあります。どちらも「夜間のエアーレーション」で対策可能です。

【水草水槽】エアーレーションは必要なのか? ー必要な場面と方法を徹底解説ー  

いろいろ書きましたが、一番気をつけなければいけない点は「浮遊性」であるということでしょう。

水草水槽はセット初期に頻繁な換水が推奨されますが、硝化菌自体には定着する力が無いのでバイオフィルムが形成される前段階では水中を浮遊しています。

そのためマメに換水する場合、硝化菌が入っているバクテリア剤を入れても、換水毎に捨てる感じになるので無意味ですよ。

バクテリア剤を入れる場合はバイオフィルムを形成するタイプのものを先に使用し、ヌルヌル(バイオフィルム)が出来てから硝化菌を入れるようにしましょう!

有機物分解菌

水槽内で発生する微生物はまず有機物をご飯にして増える「有機物分解菌」が発生します。

バクテリアの大部分は有機物分解菌です。これらが「バイオフィルム」を形成することで硝化菌等の浮遊性のバクテリアが定着できるようになります。

バイオフィルムとは水槽内に発生するヌルヌルはことです。

ガラス面や配管、流木、石等の水が接しているところはヌルヌルしてくると思いますが、これらは微生物たちの集合住宅のようなものです。

バイオフィルム内には従属栄養菌、独立栄養菌、好気性、嫌気性等の様々なタイプの菌が集まっています。

全く同じ器材、管理方法の水槽でもコンディションが違うのはバイオフィルムを形成している菌層が違うことが原因と思われます。

バイオフィルムの構造

  1. ベース(ろ材など)
  2. コンディショニングフィルム
  3. バクテリア
  4. EPS(細胞外多糖)

ベース(ろ材など)
水が接しているところはどんなものでもバイオフィルムのベースになります。ガラス面、フィルター配管、底床などもバイオフィルムが発達すればろ過能力も持ちます。美観や目詰まりなどを考えるとお掃除するべきところなので、ベースはろ材に限定したほうがシンプルに考えられると思いますよ。
コンディショニングフィルム
ろ材の表面等に有機物やイオンが付着して出来る言わばバイオフィルムの下地みたいなものです。下地が出来るとバクテリア達が住み始め、増殖と脱離を繰り返しながら数が増えていきます。
バクテリア
バイオフィルム内には、従属栄養菌、独立栄養菌、好気性、嫌気性等の様々なタイプの菌が集まって殖えています。お互いに影響し合いながら複雑なコロニーを形成します。
EPS(細胞外多糖)
バクテリアはEPS(細胞外多糖)と呼ばれるヌルヌルしたものを出します。EPSはバクテリア間の情報伝達や外界からバイオフィルム全体を守るシールドのような役割があります。そのため、バイオフィルム内の環境は安定していて多少の水質、温度変化、薬品等に対して耐性があります。

ろ材を「お米を研ぐ要領でがっつりと洗う」「熱を加える」「強い薬品を使用する」等の激しいことをしない限りはなくなりません(=中のバクテリアも無事)

本格的な水草水槽の場合、有機物が豊富に含まれている栄養系ソイルを使用することが多いです。そのため、セット初期に豊富な有機物をご飯にしてある種のバクテリアが大量に繁殖することがあります。そのような状況になると水が白く濁り、換水をマメにしても長く続く場合があります。

どのバクテリアが原因になっているかは不明ですが、これは栄養系ソイルに含まれている豊富な有機物が悪い方向へ作用し、白濁の原因となるバクテリアが大量に殖えてしまったことが原因です。

先にも書いた通りバクテリアの大部分は有機物分解菌なので、バイオフィルムが発達し安定してくると水槽内の様々な有機物や浮遊している菌を食べてしまいます。そこまでいけば透明な水になりますよ。

原生動物

バイオフィルムの中でバクテリアの数が増えてくるとそれらを食べる生き物がでてきます。

それが「原生動物」です。

とっても小さくて目視で確認できるものではありませんが、こいつらが豊富に発生していることが良いろ過槽の目安です。

原生動物のお仕事は浮遊している大きな有機物やバクテリアを食べることです。定着していない菌はこいつらのご飯になります。

例えば白濁の原因菌は浮遊しているのでバクバク食べられちゃいます!

浮遊している有機物も食べちゃうので、こいつらがしっかり殖えている水槽は水がピカピカになりますよ。

有機物分解菌をたくさん増やす → バイオフィルムが発達 → 原生動物が増える → 水が透明になる
という流れですね。

水槽をピカッと透明にするには「原生動物をいかに殖やすか」ということが重要ですよ!

まとめ

ややっこしいお話でしたが、ここまでお読み頂きありがとうございました。

私は硝化菌よりも、有機物分解菌、原生動物たちの方が大切だと考えております。 水草水槽の場合は特にその傾向が強いように感じていますよ。

vol2、vol3ではさらに詳しく「生物ろ過」について解説していますので、ぜひ続けてお読みくださいね。

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