绝大多数的细菌都利用预先构成的有机物当作食物,就像动物一样,而且大体上它们倾向于喜欢某类食品,如蛋白质、醣类与肪等(Johon Postgate,1996)。在鱼的排泄物中,其组成主要是这些有机成份,所以很自然地成为它们的美食。许多异营性细菌可以在有形的鱼排泄物中进行腐生性的分解作用,因此养殖池内到处充满这类细菌,并且形成强大的族群。
对硝化细菌来说,有机污染通常是它们有所不能利用的物质,因此其存在量不能太多,如果其量达到硝化细菌无法忍受的程度,它们的生长就会受到抑制,并间接影响硝化作用的进行。
硝化细菌是一种自营性生物,尤其是亚硝酸菌更是货真价实的自营性细菌,因此无法利用已构成的有机物(Johon Postagate,1996)。事实上,它们是如此一丝不苟地自营,以致不喜欢有机物,如果有一堆有机物的话,反而会抑制它们的生长与繁殖(Johon Postagate,1996)。
硝酸菌与亚硝酸菌比起来,它对有机物比较不那么敏感,甚至有时候硝酸菌还可以利用一些水溶性的有机物(Edward Cassidy,1996)。因此,硝酸菌有别于亚硝酸菌的,是它的食物来源不只一种,即硝酸菌不需要完全依赖亚硝酸盐维生,在亚硝酸盐缺乏的情况下,它可以改变食性而以异营性为主,因此硝酸菌有点类似于前面所谈过的异营性硝化菌。
一般言之,不能忍受有机物是自营性生物的通性(Edward Cassidy,1996)。然而身为自营性一员的硝酸菌却可以利用水溶性的机物,这是怎么回事呢?为了说明这个问题,我们再来回顾一下,细菌学中关于自营性细菌和异营性细菌是如何区分的?
依细菌学的分类基础,可将细菌分成两大营养族群:一种是自营性细菌,可利用光能或化学能将二氧化碳转换为有机物来维生;另一种就是其它不属于自营性的,必须消耗现成的有机物来维生。但有些细菌同时属于两者,无法归属于哪一类。这种横跨两者之间的细菌,为数并不多,我们称为兼性自营性或兼性异营性细菌。
兼性自营性细菌(facultative autotrophs)以自营性为主,必要时也可以进行异营性生活;反之,兼性异营性细菌(facultative heterotorphs)以异营性为主,必要时也可以进行自营性生活。这种能力是一种介于自营性细菌与异营性细菌之间的特殊方式,所以称为兼性的或混合性的。 Johon Postgate(1996)表示,混合性是一种自营性生物对充斥机物的生活所做的最终适应型态,而那些有机物在现今地球表面都是随手可得的。当生物物质腐烂与分解时,通常会有一些小的有机分子如醋酸或其它酸类,伴随二氧化碳及氢气一起产生。一些自营性细菌就可能加以利用,而行异营性生活了。
系笔者私下推测,提供所有生物进化最佳的快捷方式,应该是往生物消耗最少能量与物质就能生存的方向发展,因为浪费对整个生命过程是不利的。既然如此,生物最好不用自已制造有机物,如果有现成的有机物为什么不加以利用呢?因此混合性可能代表一种非常初级的异营性。若追溯到古老的地球时,应没有大多的有机物可供细菌利用,可是后来随着有机物越来越多,这些细菌的营养方式乃逐渐改为异营性。换言之,细菌的演化方式可能是由自营性→兼性自营性→兼性异营性→异营性的方向发展。如果这个推论正确,那么终有一天硝酸菌可能也会成为异营性生物的一员,不过到了那个时候,它就不能再归类成硝化细菌了。
虽然硝酸菌能利用少量的可溶性简单有机物(如醋酸),可是仍不改其对有机污染的抗拒性,尤其是亚硝酸菌更是讨厌生长于有污染的环境中。根据有关的研究显示,只要有机污染达到20ppm BOD测试的水平,亚硝酸细菌就很难生存,同时硝酸菌也改以异营性生活。换言之,在此种情况下,整个硝化作用将完全被抑制下来而无法进行。
从用于一般污水处理的滴滤池(trickle-filler)之生物膜(biofilm)的检视中经常可发现,硝化细菌的数目随着滤池深度由上而下之变化为呈越来越少的明显趋势。这是因为污水流到滴滤池底部时,污水中的有机成份之浓度已大为降低,此时可以预期的是设备本身较低部位的空间比较适合硝化细菌生存(Hawkes H.A.,1963),因此,硝化作用由上而下会越来越明显。
在养殖工程中,滴滤池设备也常被应用。因为养殖用水最担心的污染物是氨而不是一般污水处理中的有机污染,所以有关设备的设计和使用方式都应以最适合硝化细菌生存的方向去考虑,方能发挥预期效果。例如,可以加高池的深度,或者先降低处理水的有机污染浓度等。