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マメ知識

【マメ知識】水草水槽の微生物 その①

みなさんこんにちは!
アクアフォレストメンテナンス事業部の轟です!

今日は水草水槽の微生物についてお話したいと思います。
目に見えないヤツらなので見過ごしがちですが、調子の良い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!
(光や肥料、CO2等も必要なので微生物が元気なだけじゃダメよ)

アクアリウムにおいて微生物と言うと主に硝化菌を指すことが多いですが、その他の微生物も重要なんです。
調子の良い水草水槽(立ち上がった水槽なんて表現されることもあります)とは微生物達が元気に活動している水槽です。
なので微生物に優しい環境を用意してあげることが、調子の良い水槽を作る近道と言えるでしょう!

そこで本日は、水草水槽における「立ち上げ」や「日々の管理」を微生物の目線から書いていこうと思います。

今回は、、、
・水槽内の微生物とは
・硝化菌
・硝化菌以外の重要な微生物(有機物分解菌と原生動物)
・微生物を増やすには
・底床内の微生物の働き
・バクテリア資材のご紹介
この6点についてお話したいと思います。

その①では、
・水槽内の微生物とは
・硝化菌
・硝化菌以外の重要な微生物(有機物分解菌と原生動物)
までお話いたしますね。
それでは行きます!

まずはこちら!
・水槽内の微生物とは
微生物とは一言で表すと「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は大体作るみたいですね。
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(バイオフィルム)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。

水槽の水はピカッと水が無いように見えるくらい透明だと気持ちが良いですよね。
美しい水槽の条件の一つが水の透明感です。
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(抽象的ですが、、)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、微生物達と上手に付き合っていく必要があります。

水槽ではお魚を飼育したり水草を育てたりするわけですが、
お魚、水草が元気な水槽≒微生物が元気な水槽
なので、微生物が元気な水槽を作れば自ずとお魚や水草が元気になり美しい水槽が出来ます。
「綺麗なアクアリウムをつくること」は「微生物と上手に付き合うこと」と言えますね!

そのためにはまず微生物のことを知らなければなりませんね!
水槽中で重要になる微生物は、大きく分けると下記の3つです。
・硝化菌
・有機物分解菌
・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。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。

◎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を独立栄養生物
◎有機物を炭素源にしている生物を従属栄養生物

◎光をエネルギー源にしている生物を光合成生物
◎化学エネルギーをエネルギー源にしている生物を化学合成生物
と呼びます。この組み合わせから、、、、、

・光合成独立栄養生物(大体の植物とか)
・光合成従属栄養生物(寄生植物とか)
・化学合成独立栄養生物←硝化菌はこれ!
・化学合成従属栄養生物←有機物分解菌、原生動物はこれ!人間もね!!

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なんです!
そのため、硝化菌等は酸素の豊富な空気中では生きられません。
空気中から水槽内に入ることはありませんので注意!

それでは硝化菌から詳しくご説明いたします!

・硝化菌
一言で表すと硝化作用を行っている菌類のことです。
硝化作用とはろ過において重要な「アンモニアを硝酸まで分解する過程」のことです。
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によって生物の飼育できる水を保つ作用ですね。
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お魚やエビ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「生き物が生きれる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。

硝化作用の簡単な図を↓に用意して見ました。
硝化菌はお魚の出す尿、お魚のふん、枯葉等の有機物を有機物分解菌が分解して出すアンモニアを食べて亜硝酸に、亜硝酸を食べて硝酸にします。
脱窒バクテリアが活躍出来る環境(後述します)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。
※脱窒バクテリアとは
嫌気条件下(酸素が無い)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
水槽内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
水草水槽の場合は硝酸を水草が吸収するし

アンモニアを分解して亜硝酸にする菌を
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を
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。
硝化菌の働きが弱い、数が少ないとアンモニアや亜硝酸が水槽内に残り生き物の調子を崩します。
そのため、なるべく早く硝化菌を定着させ増やす必要があります。
※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(NH4)の比率が高くになっています
弱酸性の水質ではアンモニア中毒はあまり発生しません
むしろアンモニアが発生した後に出る亜硝酸の中毒が水草水槽では問題になることが多いです

では硝化バクテリアの増えやすい環境とはどのような環境なのでしょうか?
それを知るためには硝化菌のことをもっと知らないといけませんね!
ざっとこいつらの特徴を書きます。

・浮遊性
・分裂で殖える
・水分が必要
・無機の炭素がご飯、窒素やリンも必要
・水温、pHによって活動が左右される
・アンモニアを酸化させるために大量の酸素が必要
ざっと書くとこんな感じです。

それでは一つずつ詳しく書いていきます。
・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。
そうなんです!単独ではろ材を住処にすることが出来ないのです!!
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
↑でも書きましたが、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、十分な量になるまで時間がかかります。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。
食物連鎖でいうところの「生産者」ということです。
硝化菌は無機物から有機物を生産していることになります。
水中を漂っているこいつらは原生動物等の絶好のエサになってしまいます。
そのためなるべく早くバイオフィルムを作り定着させて上げる必要があります。

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、二酸化炭素を添加すると調子が良くなるということで(笑)

炭酸塩等のアルカリ分は硝化作用によりどんどん消費されるため、適度に追加する必要があります。
換水等でもある程度補えますが硝化作用を十分に行わせるためには、アンモニアの量に対して7倍程度のアルカリ分が必要と言われています。
水草用のカリウム肥料は、主成分が炭酸カリウムであるものが多いです。
これが硝化作用で消費されるアルカリ分の補給にピッタリだったします!
美しい水草水槽を作るには定期的なカリウム施肥が必要なので、すでにカリウム肥料を使っている方も多いはず!
知らず知らずのうちに硝化菌用のアルカリ分を入れているということです(笑)
なのでカリウム肥料(炭酸カリウム主体の)を使っている方はそこまで気にしなくても良いでしょう!
※炭酸カリウムが主体となっている液肥はpHが大体10~12前後と非常に高い数値です
施肥すると水槽水のpHが上昇しますが、基本的に1日と経たずに元のpHに戻ります
これは水草が吸収してしまう分の他に硝化菌が消費して使い切ってしまうためと考えられます

その他、水草と同様に窒素やリンも必要です(微量元素も)
底床にソイルを使用したり、肥料を入れていれば自然と賄えるのでそこまで気にしなくても良いと思います。
セット初期時に肥料が潤沢に用意したにも関わらず、水草に肥料不足症状が出る場合があります。
これはセット初期時に豊富に存在する有機物を原料に微生物達が大量に発生するためと考えています。
1~2週間程度経つと自然と肥料不足症状は改善されることが多いので、慌てて肥料を追加するのは止めましょう!コケの大量発生を招きますよ~

・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。

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、硝化菌活性の観点からすると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水草水槽においてはそれほど気にしなくても良いでしょう。
pHは、、、、基本的に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なpH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!

ちなみに当店のお魚販売水槽のpHは5.0くらいから7.5くらいで管理しています(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。
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(外産グッピーもプラティもモーリーもです)
このあたりの詳しいお話は現生体担当サイトーがそのうちブログを書くと思います!
こうご期待!!!

・アンモニアを酸化させるため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+  + 2O2   → 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そこまで気にしなくても良いでしょう!

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。
必ず発生するわけでは無いので(どのような場合起きるのかよくわからんです)必須事項というものではありませんが、夜間エアーレーションをして対策可能です。
残念ながらエアーレーションでは酸素を飽和させることは出来ませんが、極端なDOの低下は防ぐことが出来ます。
※酸素は水面から気圧により常時水中に溶け込んでいます
そのため空気と水が触れ合う表面積を増やしてあげればDOは増えます
エアーレーションの他に、水面が動くようにフィルターからの出水を工夫する等(エアーレーションよりオススメ)でも対策可能です

まとめ
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。
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!
もったいないですよ!

お次はこちら!
・硝化菌以外の重要な微生物(有機物分解菌と原生動物)
水槽内に発生するヌルヌルは微生物が作るバイオフィルムと呼ばれるものです。
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。

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。
以前より人間の健康に腸内細菌が深くかかわっているとされていますが、水槽の場合はバイオフィルムが重要みたいですね。

○バイオフィルムの構造
ヌルヌルは以下のおおまかに↓の4つから出来ています。
・ベース(ろ材等)
・コンディショニングフィルム
・バクテリア
・EPS(細胞外多糖)

コンディショニングフィルムとはろ材の表面等に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。
EPSで守られているので、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)

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数が安定してくると水槽内の様々な有機物を食べてくれます。
本格的な水草水槽の場合は、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それが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。
(白濁には大きく分けて三つの原因があります。白濁のお話は次回のブログで詳しく書きますね)

有機物が豊富に含まれているということは、有益なバクテリアが殖えやすいということでもありますが、ともすれば↑のように白濁の原因菌が増える等の弊害もありますので上手に付き合っていく必要があります。
新規で水槽を立ち上げる場合は、有益な菌体を最初から入れて悪玉菌の繁殖を抑えるようにすると上手くいきますよ!

バイオフィルムのお話に戻りますが、ヌルヌル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。
理科室にあるくらいの顕微鏡なら見える大きさなので、興味のある方はろ過槽内のヌルヌル?ドロドロしたものを見てみてください。
調子の良い水槽なら変な生き物たちが見えるはずですよ!

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。
↑の白濁させている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の透明になります!

と、ここまで書きましたがバイオフィルムのことはまだまだ研究段階のため、はっきりと解明されていません。
なので硝化菌と比べるとふわっとしたお話になってしまいました。。。
今後の研究によって水槽環境構築に有用なことが分かれば皆様にお伝えしたいと思います!

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おります!
もっと経験を積んでデータが集まってくればもうちょっと厚みのあるお話ができると思いますので、その時は改めて微生物達のブログを書きますね!

次回は、、、

・微生物を増やすには
・底床内の微生物の働き
・バクテリア資材のご紹介

残りの3点をお話し致します。
今回のお話を踏まえ、水草水槽での微生物の増やし方、水草にとって重要な底床内での微生物の働き(水草水槽の底床選びでもちょっとお話しましたが)、当店オススメのバクテリア資材について掘り下げてお話したいと思います!

こうご期待!!!

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ご相談、お見積りは無料です。

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