所有水生動植物都需要養分來維持其生命順暢運作，在一個人工有限空間的封閉水體裡，保持一定程度的良好水質也是刻不容緩的要務，唯有在適合的環境之中，這些水生動植物們才會呈現最佳的狀態來回饋我們，若想要從事繁殖或是品種改良的人，須考量的因素則更加多元。
讓獅子先鬼扯一下過濾，在水族的領域，對水用多孔網目濾材或用較大的固體單位堆疊來攔截流動的懸浮顆粒，此種為「物理過濾」的樣態。物理過濾常作為水族過濾系統的第一道防線，也有採用第一道用較大顆的固體單位堆疊和第二道或最後一道用細目的網狀濾棉混搭的物理過濾方式，過濾槽其他未被物理過濾所填入的空間就是讓我們在濾材上自由發揮，依照飼養環境、維護習慣等有不同的濾材配置。
通常過濾除了上開所述的物理過濾，水族的過濾尚有「化學過濾」、「生物過濾」及「其他過濾」共計四種。化學過濾是藉由濾材吸附化學汙染物、重金屬等物質，使其降低水體中汙染；生物過濾則是利用附著於培菌濾材表面的硝化菌將有毒的物質一路轉成毒性相對低的物質，以萬惡的氨（NH3）為例，氨本身具親脂性、滲透性，故在水中容易被魚體所吸收，只要0.02～0.05ppm就會危及魚隻性命，當超過0.5ppm就會使許多魚急性中毒暴斃，獅子為此還針對氨做模擬分析，詳見〈自製水質穩定劑與氨的模擬分析〉的內容。氨的生成主要來自於蛋白質，像是魚在吃完我們所投餵的飼料後，蛋白質經魚體的代謝作用，透過血液輸送至腮擴散到水體等情形產生，此外，未食完的殘餌、動植物殘體、排泄物亦可產生氨，這些氨的製造者主要是遍及水體算是腐生菌一員的氨化菌行氨化作用所生成。最後是其他過濾的部分，此類過濾主要是借助植物本身會吸收某些汙染物的特性，藉此達到某種程度淨水功效，該應用常見於生態工法及魚菜共生方面。
本文預設大家皆已經充分明瞭硝化作用的運作機制，也不討論影響硝化菌的生長、分布、繁殖等因素。為能求得更多的培菌量，最直接有效的辦法就是從培菌濾材著手，藉由增加培菌濾材數量或表面積來提升硝化菌的總量，日常生活中所見的有形物體應該都能夠培養硝化菌，除非該物體表面性質難以使硝化菌附著或生長，不然隨便放塊磚頭在水裡也能夠培養硝化菌。本文不探討培菌面積，因為獅子手上沒有儀器可以測量數據，所以僅對各個培菌濾材做概略說明。
▲獅子有一點要再次強調，某些人會把「硝」化菌跟「消」化菌看成是一樣的細菌，不是中文發音一樣，文字就可以隨意混用，事實上這兩者是截然不同的微生物，消化菌歸類於腐生菌，它不算是正式名詞，只不過是台灣水族界都用習慣了，算是一種另類的積非成是的實例，所以務必要搞清楚差異所在。有關這兩類細菌的不同之處，還不明瞭的人可以看〈水族生物過濾的發展沿革〉的內容，文內會有基礎概述。
▲開始介紹培菌濾材，首先，陶瓷環應屬玩水族的人都知道的東西，它是經由高溫燒結所製成，通常多為偏鹼性，照片是用數家廠牌的陶瓷環做混合拍攝，由照片可看出相異品牌的陶瓷環在表面的孔隙分布的狀態，這也意味著表面積的差異，另外有其他的廠商販售標榜酸型的陶瓷環。
▲火砂岩（砂）依尺寸的大小可用於水族造景的石材或底砂，天然多孔洞的外觀使它有滿滿的自然感，也因為其表面有獨特的多孔洞結構，同時兼備提供給硝化菌繁殖的處所。火山岩本身可同時兼具培菌濾材及造景的功能，且在飼養某些品種的魚蝦有實質上的助益。
▲這個石英球是國外水族廠商的產品，由於該廠商名氣在台灣夙負盛名，所以特此進行介紹。同生物珠皆為球體狀，強調每公升具備不錯的培菌表面積，標榜具備強力降低汙染物的功效，時至今日，其他廠商也會因製造技術進步讓自家培菌濾材效果向上提升，不知道該廠商的石英球還有多少優勢？
▲石英環外觀與陶瓷環相似，常見的外觀為傳統的圓柱形，有的就像照片裡的齒輪形，其他另有六角形或球體的外觀。基本上石英環與陶瓷環在外觀大致上相同，培菌面積也會因製程有所差異，以現在的技術實在難以斷言孰強孰弱，個人認為可把重點著眼在對水質影響的程度。
▲生化球屬於塑膠製品，本體重量較輕，外觀多為球體造型，其塑料材質之特性易使硝化菌附著生長。生化球若用於上部過濾，因為質輕的緣故，對上部過濾結構負擔較小，不易造成彎曲變形，也有人會在底部過濾的溢流區落水處放置生化球，這有增加溶氧量與減低噪音的功能。
▲生化棉在上部過濾算是十分常見的培菌濾材，利用交錯的網狀結構所提供的表面積培育硝化菌，與生化球相同屬塑料材質，一樣易於讓硝化菌附著生長，有的廠商的桶式過濾器的培菌濾材就只單用這個。市售生化棉外觀多為矩形，在置放非對應形狀的過濾設備需另外裁切。
▲玩園藝的人應該對這發泡煉石不陌生，其用於盆栽底部可擁有良好的排水性及透氣，近幾年魚菜共生的興起，發泡煉石成為魚菜共生最常使用的東西，本身多孔隙的結構也能成為培菌濾材，用於沉水性的培菌環境要注意一點，觀察獅子購自園藝店的發泡煉石，初期同一包發泡煉石有的會沉水，有的卻會浮於水面。
▲發泡煉石同陶瓷環也是高溫燒製而成，會浮在水面推測應該是內部結構充滿空洞，導致相對於於水的密度較小，所以漂浮在水面上，即便是入水浸泡一段時間後仍然多數還是浮於水面。
▲獅子到這邊不免要發個牢騷，關於「密度」我們可用上式 ρ = m / V 來求解，當中 ρ 代表密度、m 代表質量、V 代表體積；而「重量」公式則為 W = m x g，W 代表重量、m 代表質量、g 代表重力加速度，式中重量因為存在一個 g 的緣故，故重量本身屬一種「力」的形式存在，然而物理上所稱「質量」才是我們真正的「重量」，還記得小時候書本上不是會讀到月球的重力約為地球的 1/6，所以我們到月球後的體重只會剩下原來的 1/6 而質量不變，質量與重量在日常生活中常被人們所搞混。
是不是獅子酒喝多了，不然鬼扯這要幹什麼？大家放輕鬆，身為一位文組畢業的人，隨身帶個管鉗扳手在身上也是很合理的事，會講這個是因為同樣都是使用中文語系的地區，在中國大陸用語中的質量指的是品質（Quality）的意思，這與我們台灣所稱呼的質量（Mass）意思相距甚遠，日常口語使用上可能還無傷大雅，假如遇到像是科學或是工程等領域，我們則須用更嚴謹的態度面對。
▲源自於環境工程的K1，在台灣水族界應該算是比較新穎的培菌濾材，使用上大多借助氣舉作用或直接利用設備所產生的水流進行翻攪，同生化球及生化棉屬塑膠製品，故也可以讓細菌迅速附著在上面生長，另外尚有K2、K3等名稱，這些純粹就是尺寸大小及外觀上的差異而已。
▲據聞K1用於水處理設施的表現不錯，後來才有人引入給水族界供培養硝化菌所用，只是它本身不具沉水性，所以在當作培菌濾材的使用上會比較特殊，K1本體結構空隙不算小，較不易妨礙水流動向，所以可以提供硝化菌相對充足的食物及溶氧量。
▲珊瑚是種古老的原始動物，珊瑚骨顧名思義就是珊瑚死亡後所留下來的骨頭，其主要由碳酸鈣所組成，相信玩海水的人對這不陌生，鈣反應器就是靠加入珊瑚骨料來運作。珊瑚骨本身雖也可以當作培菌濾材使用，不過因遇酸會產生溶解使水質硬度及pH攀升，特別是在有提供二氧化碳的水草缸更是明顯，除非飼養環境需要用珊瑚骨（砂）來調整水質，不然一般不太建議使用。
▲在過濾系統不夠強健、穩定或飼養密度過高的環境裡，我們都應極度避免氨超量。吸氨石又稱吸氨沸石，表面積大且孔隙大小均與普通分子的大小相當，因此具有選擇吸附及分子篩（Molecular Sieve）的功能，能將水中的氨加以吸附來減少毒害發生，放置在過濾器中亦可充當培菌濾材，原本屬化學過濾的一員，因為被吸附的氨恰巧可用來當硝化菌的食物，使得比用其他的培菌濾材還能獲得更多的氨源，是種同時具備化學過濾及生物過濾的濾材。
▲麥飯石為台灣東部海岸山脈一帶散佈著風化後的「斑狀安山岩」的俗稱，麥飯石具有軟化水質的功能，會自然地溶釋出鈣、鎂、鐵、錳、矽等微量的礦物質。麥飯石具有對重金屬的吸附的能力，只是該吸附重金屬的能力，切勿對它過度期待！本身也屬沸石的一種，也是由多孔隙所構成，所以也可以當培菌濾材。
相信大家都知道RO水（ Reverses Osmosis ）是指逆滲透水，早期用於航太科技，此項發明解決了太空人在宇宙執行任務及水源地遭受高度汙染的飲水問題，以生活用水為考量，其純淨度僅遜於蒸餾水，關於逆滲透的原理可參閱〈滲透作用存於水族的影響力〉的內容。從以前到現在都會聽到一種聲音，就是有人提出長期飲用RO水會使身體出現某些問題，原因是RO水過於純淨，水中的礦物質含量趨近於零，易使身體所需補充的礦物質不足，此思路初想似不無道理，但反過來想，原本未經RO膜處理過的水又能提供多少我們所需的礦物質？礦物質與維生素都是人體無法合成，必須藉由日常進食來獲得滿足，而市售飲用水的礦物質含量極低，其實沒有我們想像的那樣可補充大量礦物質，現在的環境充斥各種汙染源，與其有機會喝到含重金屬的水，倒不如喝純淨度高的水為佳。
目前台灣市面上所販售的RO飲水機的標準型可分為三道過濾，第一道白棉是過濾水體中砂土、鐵屑等微粒的物理過濾，通常孔徑有1µm與5µm兩種尺寸，第二道、第三道都是安裝活性碳做化學過濾，最後就是我們所熟知的RO膜，有的廠商還會在RO膜後面另外再加入麥飯石，其行銷話術聲明可以增加水中礦物質，宣稱效果可以維持一年，只是這個加在RO膜後面的麥飯石真能補足我們每日對礦物質的需求量嗎？關於這部分本人在〈各式水族培菌濾材對水質之影響〉有做一個實驗，至於實驗所獲得的數據就讓大家自行判斷有無參考的價值。
▲活性碳是以含碳物質經過高熱悶燒、分解蒸餾而成的多孔狀碳化合物，多孔的結構使它有很大的表面積，表面積越大者，則吸附能力越大。活性碳是個具備吸附重金屬、除色、除異味、除氯等功能的濾材，依本人所撰寫〈自製水草液肥〉及〈自製水草微量元素〉提及添加水草所需的微量元素很可能會被活性碳吸附而無效用，這點在使用上要格外注意。再來就是跟日常生活息息相關，我們都知道RO飲水機的濾心有活性碳，但它所擔當的任務並不只是吸附重金屬、除色、除異味而已，這些光靠RO膜幾乎也能全數剔除，活性碳最大的功用是吸附自來水中的氯，由於氯會嚴重破壞RO膜，所以利用活性碳除氯可延長RO膜的壽命。
上開提及活性碳的表面積很大，但很多人更不知道活性碳也是一種生物過濾載體，在過去舊觀念認為活性碳表面積的孔洞間隙過於狹小會不利於細菌附著，但現今實務應用上，淨水廠在處理廢水、汙水所採用的生物活性碳（Biological activated carbon，BAC）便是結合活性碳吸附能力及生物膜處理技術，此法早已行之有年，台灣現在也早已使用，這在〈淺談抗生素用於水族對環境的衝擊〉當中有相關討論；惟台灣水族界仍難以接受活性碳作為培菌濾材，所以對它的專注力僅停留在化學過濾的吸附能力。
▲寫得有點累，放一張漁港風情照當作分隔線（笑）
針對水族飼養方面，水體中生物的排泄物會隨著時間得經過分解成更細小的懸浮微粒，所以要擁有滴水不漏的物理過濾是極為困難的事，且汙染物或多或少也會隨著時間慢慢地擴散到水體中，無論是物理過濾、化學過濾、生物過濾等方式，其存在最主要的價值就是延長換水的期間，不像天然的環境終歸有自淨系統處理，這就是人工創造的環境所不及的地方。
從古至今一直存在一個老問題，就是魚缸到底需不需要換水？這個問題其實真的不易回答，在一個長期不換水的水體，隨著時間經過，生物的排泄物等汙染逐漸累積，水質會惡化到某種程度，能長期活下來的生物想必已經習慣在一個充斥高汙染的環境中生存，假如突然我們心血來潮購入一隻新魚，發現此魚入缸沒多久便蒙主寵召，此乃新魚無法適應新水體高汙染的環境之故，於是我們為了進新魚而大量換水又導致原缸的老魚死亡，這很可能是因為水質前後震盪過大的關係，由於新魚從相對潔淨的水體進入汙染高的水體；又或者是老魚所處的原缸水質因大量換水造成pH、硝酸鹽等數值劇烈變化造成死亡，此種現象稱之為「老缸症候群」，這種情況特別是在飼養野生物種更是顯著，面對這難處理的棘手問題，最有效的解決辦法就是每日換10～20%的水量，連續更換兩週即可消弭水族缸的老缸症候群，最後針對某些野生物種可能還須額外調理水質以利其飼養。
換水不能算是件輕鬆事，特別是擁有多缸的人更是心有戚戚焉，假如水族缸想要永遠都不用換水，那就必須能將水體中不要的汙染物給100%移除，並把水體所需物質100%都補足，先撇除飼養一些環境耐受力高的物種或低密度飼養等情形，想要長期不換水必須具備一定程度的專業知識、經驗、技術及設備。如果我們想永不換水，那試著反問自己一個問題，到底是基於什麼樣的理由可以支持自己這樣做？關於換水的議題，可參考〈關於水族缸換水之必要性〉及〈觀賞魚檢疫及老缸症候群〉的內容，內有更詳細的解說。
創造一個對生物友善的環境是每位飼主的責任，水族過濾的方式多元，包括桶式過濾、上部過濾、底抽過濾、側邊過濾、外掛過濾、氣舉過濾等多種樣式，培菌濾材方面也是種類繁多，並不侷限本文所介紹的12種，也不要下意識認為生物過濾規模越大越好，設置超量的培菌濾材可是會獲得適得其反的效果，這個論述雖然違反直覺，這點可閱讀的〈培菌濾材數量配置參考與溶氧量〉內容來釐清觀念。由於部分水族玩家對水族細菌的認識處於片段式的概念，有關細菌的相關知識，可繼續閱讀〈清洗培菌濾材的操作概要〉的內容，裡面會有完整的基礎介紹。
參考資料
林澤閔，生物活性碳濾床去除民生放流水有機物，2012
高昌傑，麥飯石與Na+型樹脂對重金屬之去除率比較，2013
陳天予，沸石對廢水中氨氮之吸附研究，2015
柯清水，養魚先養水，2016
吳雪舫，向大海要水喝 – 逆滲透海水淡化，2016
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