記得還在學校當學生鬼混的日子，知道班上也有同學在養魚，曾經有位亮麗動人的女同學，向獅子提問養魚可不可以不要換水？她說自己有在養孔雀魚，每天換水換到令她厭煩，於是她將魚缸的照片給獅子看，希望能提供不用換水的良策，原本沒看還好，哪知看到照片後讓本人臉露驚愕失色的神情！她用一個很小的魚缸養了數隻孔雀魚，推估總水量可能在一公升上下，這種小缸通常不會有過濾設備，而她經常餵魚造成水質混濁逼得她要每天幫魚缸換水，而她換水則是直接用自來水進行100%更換，沒多久那些魚的背鰭演化出翅膀，全數變成天使朝向彩虹彼端飛去。
看到這裡或許有人已經開始覺得我們很無知，怎麼連養魚的基本常識都沒有？獅子只能說：「我們這些文科背景的人，數理能力本來就不如工科生那般優異，這也是無可奈何的事實，什麼物理、化學之類的學科對我們來說十分遙遠，因為求學過程的訓練方式不同，別人認為的科學常識，對我們而言，卻是一種大學問的呈現。」（菸）
回到主題，長久以來對於水族缸到底要不要換水都有不同的見解，彼此各執一詞，難以定論，為此總是爭論不休。關於水族缸否要換水一事，直接了當開門見山，如果主觀上不相信科學，本文可能就不太適合閱讀，因為會與自己的價值判斷發生劇烈碰撞。
▲能夠認同科學的人就繼續往下看
我們都明瞭水質與水族有著一個密不可分的關聯，水質泛指水體的pH、GH、KH、TDS、EC、DO等數值及各種元素的含量，林林總總加起來不下數十種，水族缸換不換水的關鍵取決缸內水質是否能滿足生物與植物的所需標準，若水質沒有問題當然無須換水。
▲由於水族涉及範圍甚廣，養殖跟觀賞用途著重的部分又有些差異，故本文有限定範圍，以觀賞水族的水草種植及魚類飼養為主，至於其他的生物，或是雨林缸、水陸缸等領域則無多著墨。
▲進入主題前，先讓我們複習什麼是pH？在水族領域之中，這個pH參數其實有著舉足輕重的地位，許多水質參數跟它彼此間有著相互影響的密切關聯性。所謂的pH就是我們衡量水質酸鹼程度的標準，指的是氫離子（H+）的濃度，計算公式如上所示，氫離子是取log來計算，純水在攝氏25度的情況下，水會解離出氫離子及氫氧根（OH-），以pH7為中性，當氫離子濃度大於氫氧根濃度呈酸性，此時pH小於7；當氫離子濃度小於氫氧根濃度呈鹼性，此時pH大於7；兩者相等則pH等於7。
魚類飼養
首先我們先來談單純魚類飼養的部分，有養過水的人應該都知道硝化作用，硝化作用能將水中具高毒性的氨（NH3），一路到底變成幾近無毒的硝酸鹽（NO3-），如此才能防止魚遭受氨的迫害造成傷亡。
▲硝化作用概略來說就是水族缸裡面的魚隻排泄物、殘餌、生物屍體等物質會因氨化作用產生氨，我們借助亞硝酸菌將氨轉為毒性稍減的亞硝酸鹽（NO2-），最後再讓硝酸菌將亞硝酸鹽轉為硝酸鹽。習慣上，我們把亞硝酸菌與硝酸菌都稱做硝化菌，硝化菌可附著於過濾器中的生物濾材或其他物體表面。
▲我們都知道硝酸（HNO3）屬強酸的一種，硝化作用是種會將氨氧化而產生硝酸的一種化學反應，然後會在水中解離成氫離子及硝酸鹽，由於氫離子會與KH不斷進行酸鹼中和，所以我們大多以硝酸鹽當作硝化作用的最終產物。雖然硝化作用運作過程中會產生酸，然而會產生酸的原因並非僅限於硝化作用，水族缸中有很多種其他微生物在活動過程中也會產生酸，如果飼主永遠都不換水，伴隨著時間漸漸地推進，持續不間斷的酸跌現象仍持續產生，這時氫離子濃度加速攀升迫使pH下降，此現象在配置超量培菌濾材的生物過濾及高密度飼養環境最易出現！如果培菌濾材長久不清洗，也可能會導致生物過濾的菌相有所改變，適時清洗培菌濾材是有其必要，此外，超量的培菌濾材也會相對增加潛在的風險，我們應捨棄過去不合宜的舊觀念，相關敘述可參考〈清洗培菌濾材的操作概要〉、〈培菌濾材數量配置參考與溶氧量〉的說明。
有時我們會誤會pH下降全是由硝酸鹽造成的，本文最初便提及pH的高低是由氫離子決定，端視定義得知pH下降與硝酸鹽無涉，故須將之觀念釐清。此外，KH亦稱為碳酸硬度，雖然字面上有「硬度」二字，然而水的硬度是用GH作為表示，我們在水族用試劑所測得的KH其實也可以看作為鹼度（Alkalinity），不少人會把GH與KH搞混，關於這部分的議題，詳見〈認識pH、GH、KH的旨趣〉的內容。
▲硝化作用所產生的硝酸及其他因素具有左右pH變化的能力，而pH也能影響硝化作用正常運行，硝化菌最適工作pH範圍約為7.5～8.2，假如pH仍持續下降，硝化作用便會受到抑制，只是恰巧在pH低於7以下時，原本的氨因獲得氫離子而漸漸地轉成無毒性的銨（NH4+），所以才不易發生魚類死亡的情形。
硝化作用另一個為人詬病的問題就是硝酸鹽的累積，雖然硝酸鹽毒性極低，亦有人將其視為無毒性，但高濃度的硝酸鹽會對魚的食慾、體色、活動力等存有負面影響，由於每隻魚對硝酸鹽的耐受力皆不同，如果不換水，每天又持續餵食，日復一日連續性的硝酸鹽累積，有可能某日缸中某條老魚就這樣突然走了，後來其他的魚也慢慢追隨牠的腳步相繼死亡，飼主到頭來都還搞不清楚，為何好好的魚就這樣突然死掉？此狀況在新魚、老魚皆有可能會發生，這與〈各式水族培菌濾材概述〉及〈各式水族培菌濾材對水質之影響〉所提到的「老缸症候群」相呼應，此現象在海水缸可能會比較明顯。
所謂的老缸症候群，我們先假設永不換水，隨著時間漸漸推進，除了pH下降之外，水中污染物濃度同時也在緩慢地層積聚合，原本缸中尚還存活的老魚便在不知不覺中順應這些變化，就如同潛移默化般逐漸習慣劣化的水體，這時外來的新魚入缸，隨即遇到跟牠原本所待水質差異劇烈的環境，可能因一時間適應不良就暴斃身亡；當下飼主一緊張便開始大量換水，促使像是硝酸鹽等濃度急速驟降，或是pH快速提升使原缸中的銨轉成有毒的氨，也可能讓原先的老魚適應不良就突然死亡，此種傷亡有時歸咎於飼主長期不換水所致，解決的辦法就是採取每天換10~20%的水量，連續更換兩週即可慢慢消減污染物濃度及回復原pH水平，如果還是無法改善，必須找出問題癥結所在，假如水族缸都有定期換水，那這樣的問題便不易發生。
▲利用程式模擬來削減老缸症候群的傷害，以硝酸鹽當作減少的對象，換水量分別是10%、15%及20%共三種，通常硝酸鹽會因換水會減少，但缸中只要仍有氨及硝化作用，新的硝酸鹽還是會陸續產出，然而每一缸的環境狀態皆不盡相同，所以後期產生的硝酸鹽無法預估，飼主要從減少餵食量等方面來縮減差距。有鑑於此，本模擬為最簡化的狀態，由圖中可以比對同樣的換水量，第一週至第二週的數值變化，個人建議換水量在海水缸為10%、淡水缸在10～20%的範圍。針對化解老缸症候群，獅子不僅只是提出電腦模擬運算結果，尚有透過實驗進行驗證此法之可行性，詳見〈觀賞魚檢疫及老缸症候群〉的內容。
一般市售的硝酸鹽試劑可量測最大值落於100ppm左右，對於飼養像是龍魚等大型肉食魚類，這個100ppm的數值並不罕見，可是牠們卻還是在缸中活得好好的，主要是這些被歸類為耐命的魚種，對劣化的環境耐受力很強；惟100ppm的數據移到飼養珊瑚的環境，堪稱天文數字！用SPS（小型水螅體）或稱硬骨珊瑚舉例，建議硝酸鹽要在5ppm以下，有時換水與否跟被飼養物種有很大的相關性。
關於海水魚的飼養，除了前述pH及硝酸鹽的影響，海水缸還會遭受到更多氨的威脅，氨的毒性與pH、水溫呈正向關係，當pH大於7時毒性就會漸漸浮現，海水缸受到pH落於8.4附近的緣故，會使萬惡的氨之毒性提升，這在〈自製水質穩定劑與氨的模擬分析〉中也有對應的闡述，由於我們大多會傾向建立強大的生物過濾來迅速地將氨轉為硝酸鹽，而強大的生物過濾又會讓pH下滑，這時又要採取相對應的手段提升pH到穩定的範圍，這也就是海水缸難度比較高的原因之一。再三強調，不要把淡水缸的觀念帶進海水缸來，沒有做足準備千萬不要輕易接觸海水缸，免得自己扮演死神。
▲氨在各種pH及水溫所占之百分比
▲接著來談脫氮作用，脫氮作用亦有人稱之為脫硝作用或是反硝化作用，總之這三者皆指同樣的事物，本文採用脫氮作用這個名詞來作為解釋。水族缸一般較不易透過自然的方式形成脫氮作用，原因為硝化菌跟脫氮菌不同，硝化菌是好氧菌，而脫氮菌則是厭氧菌，在含氧量高的地方就會趨於劣勢；所幸仍可利用特別規劃的水族缸或器材來建立厭氧的環境，脫氮作用可將硝酸鹽一路轉化成氮氣回到大氣中，只是處在不同的面向就會有不同的意義，脫氮作用對於水草缸未必是件好事，因為硝酸鹽本身也是水草所需的氮（N）元素來源，脫氮作用會讓可供水草消費的硝酸鹽減少。脫氮作用本屬構成氮循環的一部分，有關氮循環的說明，可參閱參考〈過度供給肥料對植物及環境的傷害〉的內容。
水草種植
再來就是水草缸的範圍，水草缸跟純粹養魚的環境不太一樣，水草會吸收氨等汙染物作為自身所需的養分，而其葉片也能提供廣大的表面積讓硝化菌附著行硝化作用，因為這樣亦有人說水草缸無需過多的生物濾材，如果還有提供二氧化碳（CO2）做為水草的碳源或使用黑土等方式讓pH下降的情形，能使生物所產生的氨變成銨的型態被水草吸收利用，實務上只要缸內環境能夠控制得宜，水草缸的確可以做到長時間不用換水，但有在定期換水，換水當天的水草狀況會特別好，這點我們也不難發現。此外，有關於水草缸的碳源可參閱〈二氧化碳與水草缸的關聯性〉的內容。
▲水在加入二氧化碳後變成碳酸（H2CO3），碳酸又可由氫離子與重碳酸鹽（HCO3-）所組成，我們生活中飲用的汽水就是碳酸飲料，氣泡水也是在水中加入二氧化碳，所以碳酸跟我們日常生活或多或少都有些關聯。前面提到pH下降會使氨轉成無毒的銨，這對水草缸中的魚來說算是件不錯的事，只是站在水草的立場，假如水草來不及吸收多量的銨，會容易誘發藻類滋生。
▲上圖為個人為求方便記憶，用最直觀、最簡化的方式繪出水草吸收氨的路徑，水草其實還會吸收像是磷酸鹽等其他汙染物，越是生長茂密的水草缸，其吸收汙染物的自淨效果越佳，也不容易繁衍藻類。
換水不僅僅可將缸中許多溶於水的廢物排出，水草缸換水過程中，可以利用虹吸管順便清理底砂的髒汙以維護底床健康，還有就是當我們經驗不足或不小心施肥過量，造成水草出現異樣或藻類四處縱橫時，換水稀釋養分濃度是最直接的方法。水草跟魚一樣也要攝取養分，不是只有單靠光合作用就可以滿足全部的需求，想要種出一缸漂亮的水草，元素的供應要適足、水質、光源、溫度等條件皆須一併考量，其難度不亞於魚類飼養，假使我們能定期換水，水草就會用良好的生長狀態來回報我們。
水蒸發後的補水
想想水族缸從設置開始都曾不換過水，遇水蒸發時，我們只補足蒸發掉的水量，原水體中的碳酸鈣、碳酸鎂等各種物質及污染並未蒸發進入大氣中，而是被保留在原缸裡面，如果我們又再補相同來源的水，長久下來到底會發生什麼事？這疑問用想的就知道，若以TDS（總溶解固體）及GH（一般硬度）為例，當然是數值越來越高，至於會高到什麼樣的程度，又或者改補充RO水又會變得如何？關於這點，再度利用程式進行模擬，藉由量化的方式比較能讓人看得清楚明白。
本模擬採台灣南部的水質當基底，並用自來水及RO水的數據來測試，藉此模擬TDS及GH的數值變化。預設水族缸的總水量為100公升，每週補充5公升（5%）的水量，然後100週都不換水，設定水質為自來水TDS：270ppm、RO水：15ppm；自來水GH：15°dH、RO水GH：0.5°dH，共計模擬100週的變化。
▲經過100週不換水的模擬，從淡水缸的角度來看，若用自來水進行補水，顯然易見的就是TDS及GH的數值宛如爬樓梯般節節攀升，TDS數據可有多種解讀方式與運用，本人最直接想到的就是與滲透壓有關，以魚隻生理著眼，雖具有適應寬廣滲透壓的能力，只是模擬出來的TDS數據超過1500ppm，GH也高於80°dH，這對淡水而言，數值顯有偏高。接著再來看水草，在這種高滲透壓及高硬度的水體中，多數水草應該是沒辦法存活，後來改換成用RO水補水後，似乎還能在忍受的範圍內，故補水還是以RO水或蒸餾水為佳。關於滲透壓的相關資訊，可參考〈滲透作用存於水族的影響力〉及〈TDS在水族的運用〉的內容。
本模擬不適用海水缸，海水缸測量TDS及GH不具太大的意義，因為海水這兩個數值原本就不低，只是海水缸遇到水蒸發時，不一定只補水就足夠，有時會因為蛋白抹除器（蛋白機）將髒汙的海水排至集汙杯中，不僅是水量減少，亦造成鹽分及元素短缺，若只單純補水，長期下來會導致比重失衡及元素匱乏，故必須採取相對應的處理手段。
審視反向思維
常有人說自己養魚都沒換水，而且都有固定餵食，甚至連過濾器也不清洗，魚也是都活得好好的，這種論調真的是司空見慣，根本不足為奇，接著再看這些人所飼養的魚，又以大型魚居多，而且鮮少有飼養海水魚，幾乎都是耐命魚種，不是龍魚就是恐龍魚（多鰭魚）、火箭魚（雀鱔）等古代魚，不然就是血鸚鵡之類的慈鯛，又或是錦鯉、虎魚等對水質不苛求的耐命品種。
這些人說自己沒換水，魚也沒死，本人相信都是真的，推測爭點出自他們對於飼養纖細敏感物種的經驗可能不足，所以才會對換水與否出現認知偏差，也有可能養死一堆魚也不敢承認？倘若只用魚有沒有死亡當判斷標準，未免標準訂得過低，如果全世界的魚都可以隨便養隨便活，試問有必要在大學設立水產養殖或生命科學相關的系所？每年全世界所發表的相關學術論文豈不是都是假學問？以獅子自己為例，早期剛接觸水族還以為「過濾」只有物理過濾而已，而且還深信過濾只要攔截水中的懸浮物便足矣，第一次聽到有培養細菌的過濾方式都抱持著十分懷疑的態度，現在回過頭來看那時的自己，宛如闡述達克效應的內涵。
▲若A+B=C，那C能不能在A、B以外的組合也成立？
本文只是「概括」討論換水的議題，若要包山包海考量各種狀況，未免篇幅過巨，但本文內容應足以建立一般家庭對觀賞水族換水的觀念，有興趣的人可以自行再深入研究。經過一連串的推論，針對一般觀賞用水族缸是否要定期換水比較好？這個答案是肯定的，能維持定期換水確實有不小的助益，這點不管是從水草還是魚的表現上都可以看得出來，然而有時因工作繁忙、經濟因素或其他因素考量，實務上要做到較長的期間不換水也不是辦不到，台灣早年的確有發展像是白蝦不換水的養殖技術，或是某些技術優良的SPS飼主，不僅可以讓元素不短缺，又能在較長的期間不換水，只是要做到「永遠不換水」就難以在一般的水族缸實現。先撇開耐受力高的魚種不談，期望長期不換水前，先衡量自己的知識、技術、經驗、設備有沒有那個能耐？新手剛養魚沒有建立正確的觀念，養魚不換水就會換魚。
▲讓我們再仔細想想，換水是不是真的對水族缸比較好？
有人會拿大自然跟一般家庭的水族缸做比較，認為大自然都沒人幫它換水，那家中的水族缸幹嘛換水？此思路似有混淆之虞，一直以來水族領域都是人類師法大自然，並不是大自然向人工環境看齊，建議先稍加了解一些自然生態的運作原理，遠離塵囂多往郊外走走，走個幾趟應該就會逐步明白為何大自然不用幫它換水。截至目前為止，本人一直力推觀賞水族最好是採低密度飼養，除了生物會比較樂活，也沒有高密度飼養所帶來的吃力感，就算技術、設備等條件足以負荷高密度飼養，若改成低飼養密度後，一定會頓時感到輕鬆許多。對水草或魚而言，從水族缸裡看出去的那一位是天神還是死神，全憑我們的一念之間，若想要完全無需照料的水草及魚，本人只能想到塑膠水草及木魚才能擔當如此重任。
參考資料
王新為、孔慶鑫、金敏、宋農、鄭金來、古長慶、李君文，pH值與曝氣對硝化細菌作用的影響，2003
張浚銘，不換水白蝦（Litopenaeusvannamei）養殖技術之建立，2005
柯清水，水族缸的管理，2016
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