滲透壓這個名詞我們並不陌生，不管是以前求學的過程或在日常生活當中都很常聽到，滲透壓本身被滲透作用所涵蓋，滲透作用則是利用擴散作用讓水分子移動的過程，所以我們都利用水分子來講述該作用的實質意義。滲透作用跟水族無時無刻都息息相關，卻又最常被我們給忽略，所以在眾多水族玩家心中的存在感極低，本文一開始先慢慢複習我們過去所學過的內容。
濃度的表示方式
在講述滲透作用前，我們必須先搞懂濃度的定義，濃度的表示方法有許多種，像是重量百分濃度、重量莫耳濃度、體積百分濃度、體積莫耳濃度、當量濃度等數種，其中百萬分濃度在台灣水族界或養殖業都十分常用，也就是我們所熟知的ppm（parts per million），雖然ppm與mg/L的定義不同，但在一般水族實務運用，習慣把1ppm跟1mg/L兩者看成對等的地位，詳情在〈TDS在水族的運用〉有所解釋。
▲首先，本文採用重量百分濃度做為說明，其內容為溶質與溶液關係，溶液則是溶質與溶劑的加總，所以可將濃度記作上式。溶液形態可分為固態溶液、液態溶液、氣態溶液三種，溶液中的溶質可被溶劑溶解，能溶解溶質的物質就是溶劑，當我們對水草缸供給CO2時，當下CO2就是溶質，而水便是溶劑，水因極性特徵的緣故，使它本身成為一種非常良好的溶劑，在尋常情況下，存於溶液裡面較多的物質稱為溶劑，較少的物質稱為溶質。
滲透作用
終於要開始進入滲透作用的內容，在自然界中，動物與植物體內存在許多只容許小分子或離子通過的薄膜，此薄膜我們稱之為半透膜，早期的半透膜有用動物的膀胱膜、腸衣、樹膠等材質，一直演進至現代多種高分子薄膜，半透膜已被廣博運用於廢水處理、海水淡化、食品飲料、醫藥衛生及氣體純化等產業中，本文的內容編寫預設半透膜只允許讓水分子通過。
▲欲闡明半透膜的特色，最常用的範例就是上圖的U型管，假設在U型管兩側注入淡水與鹽水這兩種溶液，淡水就直接視為一般的自來水，鹽水則是在淡水中再添加鹽進去，使其濃度向上提升，而在U型管中間用半透膜將其兩種溶液隔開。
▲半透膜的孔徑很小，只能容許水分子通過，而鹽會被阻擋於外，所以半透膜是種對於通過物質具有選擇性的薄膜，由於是包含擴散作用的被動過程，水分子的移動並不會消耗能量。上圖用綠色箭頭的大小代表水分子的多寡，大箭頭表示較多的水分子，小箭頭則為較少的水分子。一切就緒後，經觀察會發現左邊水分子含量較多（溶液濃度較低）的一方，會穿過半透膜往右邊水分子含量較少（溶液濃度較高）的一方移動，過程中也會有較少的水分子往水分子含量較多的方向移動的情況，只是量並不多。
由於兩邊溶液濃度的差異讓水分子有移動的現象產生，久而久之，就造成U型管兩端液面的變化，但這個液面的變化並非無窮無盡，經過一段時間便會達到平衡，最後鹽水的液面高度便不再上升，這時鹽水的液面高度與原鹽水液面高度所構成的距離就是鼎鼎大名的滲透壓，當鹽水濃度越高，表示從淡水進入鹽水的水分子就會越多，促使鹽水的液面越高，滲透壓也就隨之越來越大。
▲上圖是滲透壓的計算公式，當中（1）與（2）式各自都能計算滲透壓，獅子認為一般觀賞水族的玩家鮮少有機會用到上式，所以看完即可拋諸腦後，只要知道滲透壓是可以被算得出來就好。
一般我們水族所認知的滲透壓大多停留在抽象的描述，已知DTS（Total Dissolved Solids）意指水體中的總溶解固體含量，當TDS越高時，就表示被測水體的總溶解固體濃度越高，這就意味著滲透壓越高，但並不知道確切的滲透壓數值，這邊舉例說明：假設有兩個空杯子分別倒入自來水及海水，自來水量得TDS為150ppm，海水量得TDS為3,000ppm，這只能明瞭海水的滲透壓遠高於自來水，卻不清楚真確的滲透壓數值，這便是我們對於滲透壓抽象的描述。如果我們的水族缸長期不換水，遇水蒸發後只補充自來水，如此長期下來水體環境通常會對缸內生物越來越不友善，關於這部分，若想要更深入了解可參考〈關於水族缸換水之必要性〉的內容。
逆滲透的原理
既然都提到滲透的原理，理應不能跳過與滲透壓齊名的逆滲透，現今逆滲透製水的發展從早期的太空科技走入一般人的家庭、辦公室及各類建物處所內，此項技術的成熟已滿足人類飲用純淨水的需求，特別針對一些水源地遭受重汙染，或是水資源不足要淡化海水取得飲用水的地區，更能突顯出它的功用。
▲再延續滲透壓的內容講下去，我們已經知道水分子的移動促使鹽水的液面高度提升，這時想像在鹽水端安裝一個活塞，施加一個大於滲透壓的力量後，這時鹽水端的水分子便會開始往相反的路徑移動，而鹽水中的鹽及其他的雜質則會被半透膜阻擋而無法通過，然後我們就可以從U型管左邊取得相對潔淨的水，這就是逆滲透的原理。逆滲透製水不僅可以濾除重金屬，甚至連細菌及病毒也能排除，以生活飲用水的角度來看，利用此法可以獲取極高純度的水；在水族應用層面，逆滲透製水對於水質硬度調控有著極佳的操作性。
滲透作用存於水族的影響力
在水族的領域中，由於我們的小天地都在水族缸裡面，以至於所飼養的生物、栽種的植物大多與水有著緊密連結，所以滲透作用對水族的影響力往往都是潛移默化，而我們卻恰好渾然不自覺。
▲接著再來談等張溶液、高張溶液及低張溶液的定義，等張溶液可讓細胞保持正常的功能與形狀，例如：生理食鹽水，俗稱打點滴的靜脈注射所用的生理食鹽水就是等張溶液；高張溶液又稱高滲透壓溶液，以人體細胞做基準，海水就被歸類為高張溶液；再來是低張溶液又稱低滲透壓溶液，同樣以人體細胞做基準，蒸餾水就是屬於低張溶液。
▲不難發現本文很多概念皆是過去學校所學，為求搭配論述主體的流暢性，獅子將這些與水族滲透作用有密切關聯的內容皆納入本文，誰叫說故事（唬爛）本來就是我們這些文組背景的專長。有時候會聽到別人抱怨在校所學的東西全然沒用，其實我們可以把學校書本中所學的知識視為工具，至於如何發揮工具的最大效用就端看個人的想像力。
▲開始說明「植物細胞」在等張溶液、高張溶液及低張溶液的情況，同樣用藍色箭頭的大小表示水分子的多寡。等張溶液進入與滲出細胞的水分子相等，此時細胞維持原狀；高張溶液的細胞會有比較多的水滲出，較少的水進來，這時細胞膜會脫水皺縮，而由纖維素所構成具備韌性的細胞壁並不會隨之改變，只是細胞膜會跟細胞壁產生膜壁分離的狀態；低張溶液的細胞會有比較少的水滲出，比較多的水進來，這時憑藉細胞壁的支撐，細胞內的水分子變多只會讓細胞膜略為膨脹。
把焦點轉至水草缸，水草缸玩家都知道水的硬度會影響水草的生長，對於水的硬度，我們常以鈣、鎂離子作為描述，然而國際間主要採用鈣離子含量為基準，這在〈認識pH、GH、KH的旨趣〉內有完整說明。鈣及鎂這兩個元素在植物體內含量也不少，水草吸收這兩個元素主要是靠擴散作用來達到被動吸收，因為是靠擴散作用的緣故，水草吸收鈣、鎂可完全不需要耗能，擴散作用涉及水體環境的濃度差異，因此與水的硬度有密切的關連，當水的硬度越高，這種情形就越明顯；惟水草麻煩的地方就是有些狀況不易以單一面向作為全盤的解釋，當水的硬度越高，意味著某些元素間的拮抗作用越顯著，所以要能種出一缸令人稱羨的水草，實需相當的知識與經驗的堆疊。
水草缸會還會遇到一種施肥的傷害，主因是施用高濃度肥料所造成，部分新手水草缸玩家會基於一種求好心切的心理，希望水草可以快快長大，不知不覺中添加過多的肥料導致水草不適，這便是所謂的肥傷。過度施肥所造成水草肥傷許多是源自固體肥料，由於肥料釋放過多的無機鹽類，導致水草根部週遭的滲透壓大幅提升，輕則形成根部些許脫水，重則水草直接脫水死亡，所以有的市售根肥會在說明書內載明埋入根肥時，須距離水草約4～5公分，其用意就是為了防止因為滲透壓劇增造成水草肥傷。無論肥料施用過多或過少皆會產生不良影響，其內容之龐大難以用三兩句話簡述，更多的相關內容可參考〈水草缺鉀的症狀及補充後之改善〉、〈自製水草液肥〉、〈自製水草微量元素〉、〈過度供給肥料對植物及環境的傷害〉、〈論水草液肥之施用手法〉、〈二氧化碳與水草缸的關聯性〉等相關文章。
▲講完植物細胞，最後就是「動物細胞」的部分。等張溶液因為進入與滲出細胞的水分子相等，同植物細胞一樣會維持原狀；高張溶液跟植物細胞一樣會因為流失較多的水分的關係，細胞膜會脫水皺縮；低張溶液會因為較少的水分子滲出，較多的水分子進入導致細胞膜膨脹，若持續不斷讓水分子進入則會發生細胞脹破的情形，這時細胞便會走向死亡。
魚兒魚兒水中游，魚在水中生活，魚到底要不要喝水？淡水魚與海水魚體內所含的鹽分濃度相差不大，約落在0.56～0.85%間，參照滲透作用，淡水魚血液、體液的濃度高過淡水，也就是滲透壓比淡水高，水會不斷地從魚類的鰓、口腔、體表進入體內，淡水魚為能維持鹽與水的平衡，腎臟會不斷產生尿液，把多餘的水排出體外，將鹽類重新吸收，然後保留在體內，結論就是淡水魚不僅無需喝水，甚至要將體內多餘的水排出；海水魚則不一樣，飼養海水魚的高手都知道海水溶存大量的各種物質，所以TDS數值遠高於淡水，而海水魚的血液、體液的滲透壓比海水低，所以水會不受約束不停地向外滲出，倘若不能滿足海水魚對水的需求，嚴重者就是出現脫水死亡情形，所以海水魚必須不斷地喝水，鹽與水一同遊腸胃道滲入血液，鹽再透過鰓的泌鹽細胞排出體外，水則保留下來維持平衡。
大海廣闊無邊，即便出現幾個特例也不是什麼驚奇事，像是軟骨魚的鯊魚就不需要喝水，因為鯊魚體內的滲透壓比海水高。針對海水魚的飼養，有一種俗稱淡水浴的驅蟲手法，此法在水產養殖業也有採用，當我們把海水魚買回家後，在下缸前先準備一桶潔淨、除氯的淡水，然後將海水魚放入淡水內，計時約3～5分鐘使寄生蟲從魚的體表脫落，某些魚種可容許更長的浸泡時間，據稱是利用滲透壓的變化來驅離寄生蟲，但不是對每種寄生蟲皆有效，也不是每種海水魚都能適用這種方法。
▲如果今天直接把淡水魚、海水魚分別交換放入海水及淡水中，相信過沒一會兒就有凶訊傳出，死因主要就是滲透壓驟變所惹起，除非是像吳郭魚（台灣鯛）之類的廣鹽性物種，因自身調節滲透壓能力出眾，亦能在兩種水域中生活。多數海水魚硬骨魚類的腎臟病不發達，以至於排尿量較少，所以當鹽度過高或過低便會容易出現生理不適，然而市場上確實有人把海水魚進行淡化後再行販售，主要是利用循序漸進調整海水的比重達成，調整海水的比重就是調整鹽分含量，調整鹽分的含量就是調整滲透壓，像是淡化的龍膽石斑就是借助這種操作手法，使龍膽石斑可存活於淡水的環境，由於各品種調節滲透壓能力有間，就算是適應能力佳的品種，在淡化的過程中，多少仍會感到身體不適，這情形在過去曾有不當濫用藥物導致臟器受損更是明顯，最後即便是成功調降海水比重已達淡水的標準，試問這條被淡化後的海水魚日後還可以存活多久？有的魚種壽命最少都超過10年，消費者願不願意付出比較高的金額，去購買一條「可能」在淡水中活不久的淡化海水魚？個人覺得海水魚用海水養，淡水魚用淡水養，這樣問題應該會少一點。
地球的物種演化至今已不曉得經過多少億年，所有動植物的特徵早已被刻錄在DNA之中，想要靠人為的方式改變這些特徵，未必是我們曇花一現的壽命可以辦得到的。世上每個人對生命的存在認知未必齊一，以淡化海水魚的操作手法為例，有的人抱持無所謂的態度，反正魚死掉再換下一隻就好；然則對於生命道德感較高的人，嚴正認為這無疑是虐待動物的行為。
參考資料
林棟坡，台灣家用水處理設備廠商競爭優勢之探討，2005
童國倫、阮若屈，科學發展429期，逆滲透膜與奈米濾膜，2008
柯清水，水族缸的管理，2016
洪仲明，觀賞魚的疾病，2016
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