剛掉入水族深淵的人要學習許多相關知識，通常第一階段都是要認識什麼是生物過濾，也就是俗稱養水的要領，當明瞭養水的操作之後，再來就是認識一些水質的基本指標，本人建議可以先從pH、GH及KH這三個著手，當中pH格外的重要！因為它具備影響水中非常多化學物質的態樣，只要它一變化，許多數據也會伴隨變動，輕者，會阻礙某些元素的吸收、生物不適；重者，甚至提升某些物質毒性使生物死亡。
pH的定義
相信大家對pH這個名詞都不陌生，這可是大家耳熟能詳，這個我們從小聽到大的名詞，用簡明的白話文來講，它指的就是氫離子（H+）的濃度，而酸鹼值是pH通俗說法，當pH等於7為中性、pH小於7為酸性、pH大於7為鹼性。在大然的環境之中，自然界水體的pH會隨著某些因素而產生起伏，例如受到環境污染、光合作用、日夜交替、緩衝作用等影響而改變，緩衝作用是水體穩定pH的能力，意指在水中加入一些酸性或鹼性物質後，不易發生水中氫離子濃度產生明顯的變化的能力，一般海水的緩衝能力高於淡水，所以海水的pH穩定度相當不錯。
▲上圖為pH的計算式，可以看出來是取log做為表示。大家應該都知道pH7為中性，只是為何酸鹼值中性要設定在pH7，難道其他的數值不行嗎？接著就讓我們來逐步推演pH7等於中性的過程，準備進入令人開心的數學世界（媽媽～妳看這個叔叔好奇怪，居然會喜歡數學？？？）
▲在一個可逆的化學反應達到平衡，我們先找出純水在攝氏25度的平衡常數K
▲再來就是求出莫耳濃度
▲最終可以求得氫離子跟氫氧根數量相同的莫耳濃度
▲就這樣取完log後，再帶入一個負號得到pH7為中性的結果
採用log當作表示pH的用意
前面已經證明pH7是取log後得到中性的答案，相信部分人遇到log會心生厭惡感，為什麼pH非得要用這個惹人厭的log？其實許多人對log存有很大的誤解，log在其他的科學或工程領域是有不小的助益，如果沒有它反而不易看清某些事物的真實樣貌，就讓獅子來解釋這一切。
▲上圖是log分別以10及0.1為底所繪製的函數圖形，一般log預設都以10為底數，如此可以讓每個單位產生10倍的尺度變化，例如：pH6的氫離子濃度pH7的10倍、pH5則是pH6的10倍，由此可知，pH5的氫離子濃度就是pH7的100倍，那遇到差距10,000倍、1,000,000倍該怎麼表示？當倍率差距過大時，過去聰明的科學家跟工程師便會使用log來縮減過大的倍率變化，如此亦能使圖表清晰化。
以pH7為例，氫離子濃度只有1/10,000,000，分母是用很多個「零」所組成，不僅倍率差距大，在書寫上也極其不便，可能因稍有不慎多寫或少寫一個「零」造成數值放大或縮小10倍，而且看的人在判讀上也頗為吃力，所以把1/10,000,000取log再帶入一個負號便會得到pH為7的答案，如此便於判讀也不易出錯。這種利用log來表現的手法，在工科的通訊、電子學、電磁學、自動控制所用分貝（dB）就是取log的結果；或是商科的統計學、計量經濟學等其他多種專業領域皆會遭受到log的荼毒。
▲接著來解釋log如何讓圖表呈現真實樣貌，已知pH2的氫離子濃度只有pH0的1/100，pH2在圖表上已達幾近消失的狀態，而pH4又只有pH0的1/1,000，此時圖表已無法顯示這過大的尺度差距，更不要說後面pH值，這讓整個圖表看起來像極了脈衝函數。
▲遇到前述的情形，用log作處裡不僅可以讓圖表清楚顯示，還可以讓圖表呈現變得比較平順
▲還有一個十分常見的錯誤，pH在國際間有一個標準寫法，就是pH的第一個英文字母p是小寫，第二個英文字母H是大寫，至於其他的寫法都是不正確的。科學並不像文學會採多樣的抽象意境來表達，科學要用相對嚴謹態度看待，不是覺得差不多就能粗率帶過，就像常常有人把「硝」化菌跟「消」化菌的字搞錯，這兩類是截然不同的細菌，真的差一字失之毫釐，差之千里。
▲原來pH有規定標準寫法....
pH廣泛的影響力
pH在水族有著舉足輕重的地位，打從我們開始養水的階段，它都在無形之中展現其自身無遠弗屆的影響力，像是影響硝化菌生長、生物的生存與繁殖、水草對各種元素的吸收、水族藥品的療效等眾多情況皆會受到pH影響，如果讓pH發生迅速改變，有時可能會發生無可挽回的悲劇！
▲來到水草缸的領域，上圖可看出pH會影響各式元素的有效範圍，當中部分微量元素的有效pH範圍偏低，依獅子〈自製水草微量元素〉中所用的微量元素都是螯合狀態，因此可讓所適用pH範圍得以擴張，總之水草缸只要不超過pH7.5，原則上都不用太擔心水草吸收養分的問題，反而要注意的是因施肥過量促使拮抗作用抑制其他元素吸收。
▲pH不只會影響我們水族缸的生態環境，就算是大自然也難逃出它的魔掌，海洋的化學變化對海洋生物及生態系統會產生直接或間接的影響，目前全球二氧化碳（CO2）總排放量飆高的問題仍難以有效解決，二氧化碳不單只是溫室氣體，同時也是酸性氣體，逐年累積的量已經造成地球碩大的傷害。
大氣中原先的二氧化碳含量約0.035～0.06%左右，由於人類過去的活動所製造出過多的二氧化碳，其中有一部分被海洋和陸地所吸收，除了冰山逐漸溶解使海平面上升外，還會讓海洋持續酸化，雖然海水因緩衝作用未必會使pH降至7以下，但會逐漸讓需透過鈣化作用來形成骨骼的珊瑚、貝類等生物外殼發生溶解現象，進而導致珊瑚礁分布面積逐漸縮小，如此便會削減珊瑚的造礁能力及物種多樣性，許多海洋物種是仰賴珊瑚礁來進行繁衍後代，珊瑚礁消失將導致現有的食物鏈瓦解，會間接衝擊魚貨量，還會使珊瑚礁觀光收益銳減，如果未來還找不到有效的對策，再這樣下去，未來想看珊瑚就只剩到水族館去看。
GH的定義
水有軟硬之分，硬水簡單講是指洗滌時不易起泡沫，加熱時容易產生水垢的水；軟水從字面的意思來看，就是與硬水特性相反。常聽到人們說台灣南部的水質偏硬，其主因為南部屬於石灰岩地帶所致，當雨水進入土壤時，環境中的二氧化碳溶入水中，形成含有碳酸的水開始溶解石灰岩中不溶性碳酸鹽（碳酸根）等物質，接著轉變成可溶性的重碳酸鹽（碳酸氫根）一同與其他的鹽類進入水體造成硬度提升，通常這種情形在水草缸會比較明顯，例如某些造景用的石材會因為供給二氧化碳導致水的硬度逐漸攀高，為此我們可能需要一些對應的操作手法。
自然界水體中的硬度主要是來自於水與土壤、砂礫、岩石接觸及土壤膠粒交換解析的結果。水的硬度產生主要是陽離子與其結合的陰離子所引起，由鈣離子所造成的稱鈣硬度、鎂離子所造成的稱鎂硬度，以此類推，鐵離子所造成的稱鐵硬度、銅離子所造成的稱銅硬度等，可知水中的硬度是由眾多離子所構成，然而我們以鈣、鎂離子作為硬度表示，其他金屬離子則忽略不計，這是因為其他的金屬離子濃度偏低的關係，故水的硬度以鈣離子和鎂離子的濃度為其代表。
世界上水的硬度表示方法有很多種，目前「一般硬度」以GH（General hardness）為簡稱，此為國際間最廣為用來表示硬度的方式，又稱國際硬度，其定義為每1000ml的水中含有1mg的碳酸鈣（CaCO3）的含量為1度，雖然GH是國際間最通用的硬度表示方法，然則在台灣水族界最常使用的反而是德國硬度，它的定義則是每1000ml的水中含有10mg的氧化鈣（CaO）為1度，可用1°dH或1°DH做為表示，恰巧跟國際硬度一樣用GH當作簡稱，只是兩者定義相異。
暫時硬度及永久硬度
具備硬度的概念之後，接下來就是介紹暫時硬度及永久硬度。暫時硬度又稱碳酸鹽硬度，由水中鈣、鎂離子與重碳酸鹽結合所形成的硬度，這是一種把水煮沸後，生成難溶解的碳酸鹽沉澱而從水中析出，這些沉澱物為碳酸鈣及碳酸鎂，因此可降低硬度；永久硬度又稱非碳酸鹽硬度，由鈣、鎂離子與其他陰離子結合，形成含有硫酸鈣、硫酸鎂、氯化鈣、氯化鎂等物質的水，無法借助煮沸讓這些物質沉澱，暫時硬度與永久硬度兩者相加之和，稱之為總硬度。
▲從暫時硬度的反應式可以看出經加熱後，產生碳酸鈣及碳酸鎂的沉澱物
國際硬度與德國硬度間的轉換
前面提到台灣水族界仍以德國硬度為主，所以我們有時會需要把德國硬度與國際硬度做轉換。各種水的硬度單位轉換十分繁雜瑣碎，本文會推演最常用的兩種硬度單位轉換，於水族實務上，建議把最終推導出的數值背起來直接應用即可。
▲硬度轉換須先找出原子量及確認原子價數，再來是求出國際硬度的碳酸鈣克當量
▲接著一樣畫葫蘆，算出氧化鈣克當量
▲最後得到兩者間的比例關係
▲經由國際硬度及德國硬度的定義，透過尺度調整可得到1°dH等於17.8ppm的結果。截至目前為止，如果GH的部分都能理解，表示已經掌握自製GH提升劑的核心知識。
▲其他的水硬度還有法國硬度及英國硬度，直接對照上圖即可，如此可減少運算時間
TDS的誤想連結
有些人誤以為可用TDS（Total Dissolved Solids）直接換算GH，端從GH及TDS各自的定義來看，在尋常環境下，拿TDS換算成GH是一種誤想連結，讓我們想想看，市售GH試劑的價格比一般的TDS測試器還要高，而且還有保存效期的限制，如果真的可以把TDS換算成GH，那水質處理的領域為何不用TDS測試器來淘汰GH試劑？對TDS尚不清楚其定義的人務必要看〈TDS在水族的運用〉的內容。
如果真的要用TDS預估硬度，除非水體純淨度極高，像是用RO水或蒸餾水來添加GH提升劑，不然難以直接用TDS推算硬度。不過我們也可以用另一種變通的方式，就是測量每次換水後添加多少比例的RO水可以降低多少GH及TDS，經過多次的經驗數據累積，日後換完水大致上就可以用TDS推估硬度，此法是獅子已往飼養水晶蝦所用，需要事前累積多筆數據量，所以不是遇到任何一個陌生環境都可以通用，況且影響TDS的成因多元，再加上每一個水族缸的環境皆不相同，縱然數缸全由同一個人所設置，也會因為水族缸的配置與管理方式不同而多少出現GH差異。
▲資訊流動迅速，有些話雖是老生常談，許多訛傳訛的訊息仍充斥著水族界，有時看到一則1加1等於2的資訊，我們可能要反向檢視2是不是真的等於1加1？以新聞為例，時常見到媒體撰寫一些荒腔走板、謬誤百出的內容，甚至有心人士刻意把包裝過的假新聞供給民眾，藉此來誤導社會大眾，這種沒有窮盡的景象，如何判斷訊息真偽就很重要，面對四處流竄的不實資訊，我們必須培養自己擁有獨立思考的本領。
KH的定義
KH定義為總碳酸鹽的含量，通常是描述碳酸鹽與重碳酸鹽兩者的多寡，亦有人稱為碳酸鹽硬度，名稱雖有「硬度」二字，但不可拿它與「一般硬度」畫上等號，因為探討GH通常是以「總硬度」當基礎，前面提到總硬度等於暫時硬度與永久硬度兩者相加，KH充其量只能代表暫時硬度，唯有GH才能代表水的整體硬度；惟一些不明瞭其涵義的人，易把KH與GH弄得混淆不清。
量測KH的數值主要是評估水體具備緩衝pH劇烈變化的能力，也就是本文最初所提到的緩衝能力，簡單地講，就是扮演著穩定pH的角色，KH越大便會促成pH緩衝能力越強。在前人的研究中指出，碳酸鹽通常鮮少存於淡水中，淡水通常只有重碳酸鹽，原因是在pH低於8.3時，碳酸鹽會漸漸地水解成重碳酸鹽，由於大部分的自來水的pH都在8.3以下，即便是台灣南部自來水的碳酸鹽含量也是稀少，所以淡水領域的KH多以重碳酸鹽作為代表。
▲依上圖可以看出pH與二氧化碳間的關係，當水體中二氧化碳的溶解比例提升，pH也會跟著下探，在低於pH8.3後，碳酸鹽的濃度亦隨著減少。一般KH在淡水缸的影響力並未像GH這般顯著，反倒是海水缸還比較在意KH反而不注重GH，應該說海水測量GH沒太大的價值。
▲雖然KH越高，對於pH來講，數值就越不易產生波動、越穩定，但KH過高易使pH提升，從上面反應式得知，重碳酸鹽的濃度越高，也會導致氫氧根濃度增加促使pH升高，這使得KH及pH存有某種連動關係。
認識鹼度
鹼度（Alkalinity）這個名詞在水族界並未被人廣為所知，而它在水質處理與水質檢測中卻是十分常見，反倒是這些領域鮮少見到KH這個名詞。鹼度指的是水中和酸的能力量度，同樣是具備穩定水族缸pH的功能，自然界的水體鹼度源自於二氧化碳溶於水產生碳酸、碳酸鹽、重碳酸鹽等物質，而這個二氧化碳可以來自於大氣或是細菌的活動來提供。既然有鹼度，那是不是另有酸度？答案是肯定的，只是一般水族並不會刻意去量測酸度，所以我們並不會去探討它。
▲構成鹼度的物質有不少，有氫氧根、碳酸鹽、重碳酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽、矽酸鹽等多種，當中某些還是酸性鹽類，只是含量較為稀少，而最具影響力的就是碳酸鹽及重碳酸鹽，所以水族測量的KH其實也可以想像為鹼度，因為兩者皆側重碳酸鹽、重碳酸鹽的含量，只是計量單位有所不同。
KH可以穩定pH數值，關於水族缸KH的補充，如果是淡水缸的情形，個人經驗認為無需過度擔憂，前面講明自來水中本來就蘊含天然的KH，除非是水質偏軟的地區或採用RO水，不然一般水族只要維持規律換水應不足以造成KH嚴重匱乏，至於永遠不換水結果會怎樣？詳情可參閱〈關於水族缸換水之必要性〉的內容，內文有針對此議題提供比較詳細的解說。
▲KH在淡水缸可能沒有GH來得受人注目，不過KH在海水缸卻十分重要，海水的緩衝能力雖優於淡水，只是拿尋常家庭的海水缸跟大海相比，在規模上仍顯過小，海水缸的KH會因為不少原由下降，加上封閉水體的關係，每每飼養密度越高時，KH下降的速度就越顯著，連帶pH也跟著下降，如果是飼養珊瑚還必須額外注意鈣、鎂這兩個基本數值。上圖為獅子過去所購買Red Sea（紅海）的珊瑚海水素（海鹽），我們從外包裝可以看出除了標示鈣、鎂、KH含量外，還另外標註鹽度、鹼度數值，這就已經在暗示海水缸要注意的事項比淡水缸還要多。 本人從以前就不厭其煩地強調（恐嚇），通常海水缸的難度遠比淡水缸要高出不少，奉勸沒有做好準備不要隨意嘗試，不然很容易會養什麼生物就死什麼！
紅海是一間以色列的公司，應該有很多海水缸玩家聽過這家公司，說道以色列這個國家，端看近期海峽兩岸局勢，有些事情令人感觸頗深，以色列是個位於中東地區的國家，1948年5月14日獨立建國，總人口數還不到一千萬，過去走過數不完的戰亂，歷經被許多國家統治過，建國後仍持續飽受戰火的洗禮。
作為世界上最有戰爭經驗的國家，自建國以來已參與多次大型戰爭和其他無數的小型衝突，因為一直難有安定的局勢與社會生活，以色列採全民皆兵的徵兵制，大部分的以色列人無論男女都必須在18歲時徵召入伍服役，男性的義務役的役期是三年，女性則是兩年。維護國家安全人人有責，這是為了捍衛以色列的領土主權及社會不受侵犯，避免以色列人民在與日常生活中遭遇任何戰鬥危害。同樣看待自己土生土長的土地，面對外在的種種威脅，縱使台灣擁有全世界數一數二的防空飛彈密度，仍有少數思慮欠詳、推敲事理能力貧弱之人唱衰台灣，不斷地製造族群衝突、分化內部團結，這與以色列形成相當強烈對比，或許是因為不曾有「失去」的經驗吧？
▲大概是2020年間發生許許多多的大小事不禁讓人感觸頗深，似乎有點偏離主題，那繼續回到正軌
在遇到pH、GH或KH數值未能滿足我們的理想標準，實務上是可以借助人為操作的方式加以增減，但有一點務必要記住，如果不是要滿足什麼「特殊需求」的話，切勿讓它們的數值變化過於迅速，像是GH及KH一天變化量建議最好在2度以內，至於pH的部分，因為pH會影響非常多的數值變化，況且每變動一個單位就差距10倍更是須注意。為求能減緩換水所造成水質大幅變動，我們可以在換水時，預先在外面將待換入的新水數值調至理想範圍，然後再抽出舊水換入調整完畢的新水，如此可減少水質波動。pH、GH、KH作為水族首要了解的基本水質指標，獅子自認本文的內容足以勝任一般觀賞水族的基礎知識，至於更進階的部分就看每個人的各自鑽研。
調水是一種苦力活，如果覺得調水很麻煩，可以學現在的獅子一樣，只要是需要調水的物種或水草，一律不考慮飼養或種植，只是這種懶人做法遇到海水缸就難以實現，因為海水缸會比淡水缸衍生出更多的細節要兼顧，特別是飼養珊瑚非常考驗技術、知識及經驗，同時也很考驗飼主的財力，不僅設備花費遠比淡水缸來得高，光是初期試劑就會產生不少費用，除此以外，碰到生物出現死傷的時候，有的魚或珊瑚看起來沒什麼，價格卻比淡水的龍魚還要貴，當死傷越慘烈時，更能充分感受到新台幣以飛快的速度在消失（菸）
水族就像一大堆菜煮成一鍋大雜燴一樣，供料理用的食材有生態學、生物學、植物學、水產養殖學、水族病理學、景觀美學、物理及化學等眾多領域的大集成；另對DIY的愛好者而言，甚至還會再引入多種工程科學的知識與技術。水族說簡單很簡單，說複雜也很複雜，這會取決於自身抱持著什麼樣的心態投入，無論如何，切記一定要愛護動物，請勿隨意棄養或虐待。
參考資料
石鳳城，水質分析與檢測（第2版），2005
黃春蘭，水質學，2009
柯清水，水族缸的管理，2016
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