養魚池の生態濾過設計 - 生物濾過

 生物濾過は2つの側面から構成されている：
　　(1) 浄水微生物の働きにより、有害なアンモニアを毒性の低い硝酸塩に変換する。
　　(2) 硝酸塩を吸収して水を浄化する水生植物の利用
　　まず、最初の側面から見ていこう。
　　水質浄化微生物が、魚の下痢や体液、水中の残留飼料などの有機性廃棄物を、鯉にとってほとんど脅威とならない物質に変換する仕組み。
　　ご存知のように、生物濾過とは、濾材の表面に付着した特定のバクテリアを利用して水を浄化する濾過の一種である。ここで言う「浄化」の対象は、もはや肉眼で見える固形廃棄物ではなく、水に溶けている無色の有害物質、アンモニアや亜硝酸塩である。
　　アンモニアは水に溶ける非常に有毒な物質で、非常に低濃度のアンモニアは鯉にとって致命的です。養魚池のアンモニアの発生源は3つあります：
　　第一は、鯉が出す固形有機廃棄物をバクテリアや菌類に分解させることである；
　　もうひとつは鯉自身の代謝産物で、主にエラから水中に排出される；
　　外部からの有機物汚染-鯉が食べなかった餌の残留やプールに落ちたその他の有機物など；
　　合理的な生物濾過システムでは、アンモニアの生物変換は「窒素循環」によって達成される。すなわち、水中に酸素が豊富な条件下で、第一段階は亜硝酸トリコデルマの酸化によってアンモニアを亜硝酸に変換することであり、第二段階は亜硝酸トリコデルマ・ニトロフィラムの酸化によって亜硝酸を硝酸に変換することである。これまでのところ、毒性の高いアンモニアは硝化細菌とニトロソ化細菌の作用によって毒性の低い硝酸塩に変換される。
　　硝酸化成細菌や硝化細菌は好気性細菌であるため、この「窒素循環」による水質浄化の目的を達成するためには、ろ過水に酸素が充満していなければならない。生物ろ過室にエアレーションを追加する目的はここにある。
　　この時点で、いわゆる「水質浄化微生物」の謎を解明する必要がありそうだ。
　　水質浄化微生物」とは、水を浄化し、有害物質を除去する微生物の総称である。実際、自然界にはそのような役割を果たす微生物が何百と存在する。自然界に存在するこれらの微生物について、あまり詳しい知識を持つことはできないかもしれないが、少なくとも私たちの養魚池で重要な役割を果たしているこれらの種類のバクテリアの大まかな分類と主な働きは知っておく必要があるだろう。
　　一般に、このような水質浄化微生物は3つのグループに大別される：
　　(1)土着微生物：その地域の自然水源に土着している微生物で、処理された水道水であってもこれらの細菌は多く含まれており、養魚池の壁面や濾材に自然に付着する。活性汚泥」や光合成細菌などの代表的な種は、主に炭素性廃棄物を分解するが、窒素性廃棄物の除去率は一般的に70%を超えない。
　　(2)外来微生物：これらの細菌は主に土壌で生育するため、水に対して「外来」微生物である。彼らはまた、アンモニア細菌、硝化細菌、亜硝酸細菌、窒素固定細菌や繊維分解細菌、一般的に好気性細菌を含む水の中で成長することができ、窒素含有汚染物質の分解と強力な効率の除去は、「窒素循環」の水質において重要な役割を果たしている。同時に、彼らはまた、窒素廃棄物の処理における炭素質汚泥の除去に強い効果を持っています。私たちの養魚池の水質浄化と減少の主な生物学的な力です。
　　(3) 遺伝子組換え細菌（GEB）：現代の生物遺伝子工学技術は、高効率で幅広い分解能力を持つ「人工菌株」を構築するために用いられており、これらは水質浄化に非常に有効な微生物である。極限環境下でもその役割を果たす菌株もある。例えば、張氏が挙げた「エノク・マイクロビーズ」はこのカテゴリーに属する。
　　上記の2番目の点からわかるように、ほとんどの浄水微生物は好気性であるため、濾過システム内の水に酸素を供給し続けることは、これらの細菌がその機能を発揮する上で非常に重要である。これが、オーバーフローフィルターに「酸素」を供給する必要がある理由であり、ドリップフィルターが効果的な理由である。
　　第二に、養魚池の水質浄化を担う微生物の生存を理解し、効率的な微生物循環をいかに早く確立できるかを理解する必要がある。   
　　私たちは、同じ生態環境に存在する微生物が、共生的相互作用、競争的相互作用、反発的相互作用、拮抗的相互作用をすることを知っている。ある種類の微生物が優勢になると、他の種類の微生物は抑制される。これが、よく管理されたプールの魚が病気になりにくく、たとえ病気になっても外見的な面から回復しやすい理由の鍵のひとつである。このようなプールでは有益な微生物が優勢であるため、他の病原性細菌（よく管理されたプールには必ず存在する）は抑制され、混雑する。
　　同じことだが、このような水質に有益な微生物の間にも、同じように競争と補完の関係が存在する。したがって、効果の高い菌株を水槽に入れたい場合、2つの方法がある：
　　1つ目は、新しく作った池に一度にかなりの量を投入すること、そしてその前の期間に数回に分けて投入することである。正確な投入量と回数は、製品の説明書に記載されている。
　　ある特定の菌株の数が一定のレベルに達し、微生物群集を形成し、支配的な菌株になって初めて、その機能が効率的に発揮されることがわかっている。
　　新しい池や濾過器、あるいは完全に洗浄された池や濾過器では、局所的な土着微生物は存在するものの、その数はまだ少なく、壁面や濾材に十分に定着していないため、このタイミングで効果の高い菌株を大量に投入すれば、その特定の菌株が新しい養魚池の微生物生態系を支配しやすくなる。水槽内に自然の微生物生態系がすでに構築されている場合、新たに導入された菌株は在来の微生物に攻撃・排除され、新たな環境で個体群優位を形成することが難しく、本来の役割を果たすことが難しくなる。
　　実際、ほとんどの漁師は特定の菌株を入れるという習慣を持たず、水中に自然に存在する土着の微生物に頼って水を浄化している。これは非難されるべきことではないが、科学的なアプローチによる菌株別の実践の方が、より効率的で徹底した水質処理能力を持つ、効果の高い微生物生態系群になる可能性が高いことは間違いない。
　　そこで個人的には、次のような提案をしている：
　　(1）あなただけの新しい養魚池で使用するために置くことができ、最初の期間で魚を置くことができるいくつかの効率的な水質浄化菌株に応じて、細菌のこれらの菌株は、一度あなたの養魚池で、落ち着くと繁栄するようにフィルタリングし、養魚池の生態系の将来は非常に顕著な役割を持つことになります;魚のない新しいプールでは、細菌のこれらの菌株は、そのような水のこれらの微生物の不足のために、あまり使用されません置くなぜなら、そのような水にはこれらの微生物が生息するのに必要な栄養素が不足しているからである。
　　(2)また、毎年春にフィルターを掃除し、魚に餌を与える準備が整ったときにも適切な量を与え、冬の寒さのために停滞したり失われたりした株の数を素早く高いレベルに回復させる。
　　(3)また、時々水を大きく換えたり、完全に換えたりする場合には、有益なバクテリアで水を補うことができる。
　　(4) 魚病が治癒した後の回復期など、場合によってはサプリメントの投与が適切なこともある。
　　私たちがよく入れる菌株は硝化細菌で、光合成細菌は水中にもともと存在するもので、一般に屋外の養魚池には必要ない。なお、市販されている液体状の硝化バクテリアにどれだけの活性があるかはかなり疑問で、そのような方は効果の高いフリーズドライ剤を使用した方がよい。
2つ目の方法は非常に効率的だが、一般的に複製には適さない。それは、新しい株を投入する前に、元の給餌水中の土着微生物を死滅させ、新しく投入された株が自然かつ容易に個体群優位性を形成するようにすることである。この方法は、実験室の環境や条件下で適用できることがほとんどであり、ここで深く論じる必要はない。
第二の問題：硝酸塩の除去
　　以前の記事ですでに述べたように、生態系濾過システムがかなり発達し、老廃物のほとんどが分解・変換されたとしても、池の水質が完全に浄化・低下したわけではありません。バクテリアのような微生物による濾過の産物が硝酸塩であり、錦鯉にはあまり毒性がないものの、これを除去するには水換えと水草による吸収の2つの方法しかないからです。
　　水草の吸収については先に述べたとおりである。水生植物は、高層水生植物、沈水水生植物などの高次水生植物と、各種の藻類などの低次水生植物に分類される。高等水草の硝酸塩除去のための生物吸着への利用について説明したが、ここでは主に下等水草である藻類について説明する。
　　藻といえば、私たちは好きでもあり嫌いでもある。好きなのは、池の水質に適した藻が魚の生存に適していること、嫌いなのは、藻の繁殖率をコントロールするのが難しいこと、藻が多すぎると鑑賞できなくなることである。
　　藻類は3億年もの間、地球上で繁栄してきた生物のひとつであり、その存在は地球の酸素大気とオゾン層の形成に直接関わっている。その粘り強さは想像を絶するもので、私たちの養魚池に彼らが訪れ、住処となることを否定することはほとんど不可能である。
　　藻類除去の話題はこの議論の範囲を超えている。私たちが言いたいのは、これらの藻類は池の硝酸塩を減らす目的で適切に利用できるということです。私たちは、藻類が窒素を栄養分として、特に硝酸塩の形で吸収し利用することを知っています。池の生物濾過の産物がこの硝酸塩なのです。藻類が適切に生育している池では、アンモニアや硝酸塩の濃度が高くなることはほとんどありません。問題なのは、藻類が水質改善のための有用なツールとなるように管理し、利用することであり、増えすぎて私たちの楽しみを妨げるようなことがあってはならないということです。
　　そこで個人的には、2つの提案がある：
　　(1)プールの壁についた透明なコケは、ブラッシングの必要がないように保護し、水換えのたびに伸びすぎた毛をほうきで取り除くだけで十分である；
　　(2)季節によっては池の水を適度な薄緑色に保つことは、鯉の楽しみを妨げない限り、池の生態系にも鯉自身にも有益であることは間違いない。屋外の池の水を一年中純水のように澄ませておく必要はない。